ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ускоренный метод определения степени разложения фосфатов из "Новые методы получения минеральных удобрений" Разложение фосфатов серной или фосфорной кислотами представляет собой сложный процесс химического растворения, т. е. необратимого разрушения кристаллической решетки минерала, сопровождаюшийся одновременной кристаллизацией побочного или основного продукта реакции — сульфата кальция, моно- или дикальцийфосфата. [c.9] Имеющиеся данные по равновесию в системе СаО—SO3— —Р2О5—Н2О [1, 2] и в системе СаО—Р2О5—Н2О [3—9] позволяют установить характер образующихся продуктов и с достаточной полнотой оценить выход кристаллизующихся веществ [10, 11] в зависимости от температуры и концентрации взаимодействующих реагентов. Однако для выбора оптимальных условий осуществления процесса и разработки рациональных способов кислотного разложения фосфатов необходимо также знание закономерностей, характеризующих скорость растворения фосфатов и кристаллизации образующихся твердых фаз. [c.9] Весовое отношение исходных твердой и жидкой фаз (Т Ж) в производстве простого и двойного суперфосфата весьма невелико и составляет 1 1. Поэтому уже в самом начале реакции между фосфатом и кислотой жидкая фаза быстро пересыщается сульфатом кальция или монокальцийфосфатом и кристаллизация последних начинается задолго до завершения процесса растворения фосфата. В зависимости от степени пересыщения жидкой фазы кристаллизующимися веществами и от их свойств образующиеся продукты откладываются на непрореагировавших частицах фосфата сплошны.м, плотным или неоднородным, пористым слоем (коркой). В результате этого возникает дополнительное сопротивление диффузии кислоты к поверхности фосфата, что вызывает резкое замедление реакции. [c.10] Таким образом, скорость разложения фосфатов серной или фосфорной кислотами зависит в основном от структуры корки кристаллизующихся продуктов реакции и условий ее формирования. Изучение процесса кристаллизации продуктов реакции при взаимодействии фосфатов с серной или фосфорной кислотами является, следовательно, необходимым условием для выяснения механизма и кинетики этого процесса. [c.10] Ниже кратко излагаются результаты некоторых наших исследований по влиянию концентрации кислоты, температуры и отношения твердой и жидкой фаз на скорость разложения фосфатов и по механизму взаимодействия фосфатов с серной и фосфорной кислотами. Опыты проводили с применением фосфатов различного состава (табл. 1). [c.10] В зависимости от отношения Т Ж минимальная скорость разложения фосфата имеет место при различных концентрациях кислоты. Например, для Т Ж=1 Ю степень разложения фосфата за 15—60 мин 70%-ной кислотой больше, чем 60%-ной, и меньше, чем 50%-ной. При Т Ж=1 6 степени разложения фосфата за равные промежутки времени 50%-ной кислотой меньше, чем 60%-ной, и больше, чем 70%-ной (это справедливо при длительности процесса от 15 до 210 мин). С дальнейшим уменьшением количества кислоты, например при Т Ж = = 1 3, степень разложения тем меньше, чем больше концентрация кислоты (от 30 до 70% Н2504). [c.11] Аналогично изменяется степень разложения апатита в зависимости от нормы кислоты в производстве суперфосфата, т. е, при малых количествах жидкой фазы. При использовании 55 и 68%-ной серной кислоты степень разложения в течение первых 7 мин возрастает по мере увеличения нормы кислоты [13]. В случае применения серной кислоты (в процессе смешения) концентрации 60, 62 и 65%, наоборот, степень разложения апатита уменьшается с увеличением нормы кислоты. В общем, с увеличением нормы степень разложения апатита в процессе смешения его с кислотой увеличивается в случае применения 55%-ной кислоты, уменьшается для кислот с содержанием 60 и 62% Н2504, практически не изменяется для 65%-ной и вновь увеличивается при применении 68%-ной кислоты. [c.11] Из приведенных данных следует, что концентрация и количество кислоты влияют на скорость разложения не однозначно. Это, очевидно, объясняется противоположным влиянием (в определенных условиях) на скорость процесса разложения фосфата двух факторов — активности кислоты и степени пересыщения раствора кристаллизующейся твердой фазой — сульфатом кальция или монофосфатом кальция. [c.12] Опытные данные полностью подтверждают эти соображения. На рис. 2 видно, что при отношении Т Ж=1 10 степень разложения фосфорита за 15 мин уменьшается с повышением концентрации серной кислоты от 30 до 60% и увеличивается с увеличением концентрации от 60 до 70%. [c.13] Время разложения, мин /—7 2—6 5—5. [c.14] Время разложения, мит /—7 2—5 3—З.Ъ 4—2. [c.14] Полученные данные свидетельствуют, что при оптимальной концентрации кислоты создается наиболее благоприятное соотношение между движущей силой процесса — активностью кислоты и сопротивлением диффузии кислоты к поверхности фосфата. В этом случае кристаллы сульфата кальция выделяются в таком виде, при котором они не создают значительного сопротивления диффузии (имеют большие размеры или кристаллизуются не на поверхности зерен фосфата). Разложение апатита серной кислотой с концентрацией 65% и больше в первый момент протекает со значительной скоростью. Это приводит к быстрому пересыщению жидкой фазы сульфатом кальция и выделению его в тонкодисперсном виде с образованием корки, представляющей большое сопротивление диффузии. По мере протекания реакции увеличивается сопротивление и уменьшается движущая сила процесса, что обусловливает быстрое его затухание. [c.14] Для обеспечения нормального хода процесса и получения суперфосфата с удовлетворительными физическими свойствами необходимо уменьшить сопротивление, создаваемое в начале процесса, что и достигается при разбавлении свежих порций кислоты прореагировавшей пульпой в условиях непрерывного смешения реагентов. При этом возникают благоприятные условия для протекания процесса с большей скоростью. [c.15] На рис. 6 видно, что скорость разложения апатита серной кислотой Б8%-ной концентрации при непрерывном смешении реагентов значительно больше, чем при периодическом смешении. Благодаря этому и получается хорошо прореагировавшая пульпа, обладающая свойством схватывания созревание такой пульпы в камере протекает вполне нормально. [c.15] Скорость доразложения апатита в процессе созревания его в камере и дозревания при хранении также зависит от концентрации применяемой кислоты и характеризуется максимумом в диапазоне концентраций от 0 до 70% Н2504 [18]. [c.15] Т Ж в пределах от 1 2 до 1 6. Максимальная степень разложения достигается при концентрации кислоты —54% Р2О5 [14]. Кривая 2 относится к растворению апатита в насыщенных растворах одноводного монокальцийфосфата при 40° С, отношении Т Ж= 1 30 [21] и характеризуется максимумом, соответствующим 20 40 48% Р2О5. [c.16] Т Ж= 1 30 намного меньше степени разложения в фосфорной кислоте при Т Ж=1 2-ьб. Влияние начальной величины Т Ж на скорость разложения апатита фосфорной кислотой представляется весьма важным с точки зрения оценки факторов кристаллизации монокальцийфосфата. [c.16] Выше было указано на зависимость скорости взаимодействия фосфата с серной кислотой от степени пересыщения раствора сульфатом кальция и от свойств корки, образованной выделившимися кристаллами на поверхности реагирующих частиц. Представляют интерес данные по исследованию механизма кристаллизации и гранулометрического состава образующихся кристаллов в процессе взаимодействия апатита с серной кислотой разных концентраций [22]. [c.16] В более широком диапазоне концентраций кислоты по сравнению с концентрацией, применяемой в производственных условиях, выделяющиеся кристаллы полугидрата сульфата кальция и ангидрита отличаются по форме и размерам. Так, полугидрат в пульпе, полученной через 10 мин после замеса апатита с кислотой концентрации 63% Н2504, выделяется в виде тонких иголочек длиной 3—6 ц и шириной 1—0,5 .I. При использовании серной кислоты концентрации 56—52% выделяются волосные кристаллы длиной от 12 до 30 ц. Хорошо образованные призматические кристаллы полугидрата длиной до 70 и шириной 5—10 ц выделяются при разложении апатита 50—51%-ной серной кислотой. [c.17] Вернуться к основной статье