Патент на изобретение №2230026

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТОВ АММОНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам получения фосфатов аммония, а именно аммофоса и диаммонийфосфата, основанных на разложении фосфатного сырья смесью фосфорной и серной кислот с получением фосфорной кислоты и дальнейшей ее переработки на удобрения. Такие удобрения широко используются в сельском хозяйстве. Способ включает разложение апатитового концентрата смесью серной и фосфорной кислот, разделение полученной пульпы фильтрацией с выделением продукционной фосфорной кислоты, промывку осадка сульфата кальция водой, возврат промывных вод на стадию разложения, аммонизацию кислоты, гранулирование и сушку продукта. По этому способу фильтрат, полученный после разделения пульпы, подают на осветление до остаточного содержания твердых веществ в продукционной фосфорной кислоте 0,2-0,5% по массе и направляют на стадию аммонизации, а сгущенную пульпу, содержащую 10-35% твердых веществ, полностью возвращают на стадию разложения. Возможны следующие варианты исполнения способа: перед подачей на аммонизацию осветленную кислоту частично или полностью концентрируют до необходимой концентрации. Технический результат состоит в получении готового продукта стабильного экспортного качества с минимальными затратами на производство, а также новых продуктов, содержащих на 1-5% больше питательных веществ, при снижении эксплуатационных затрат и уменьшении металлоемкости. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам получения фосфатов аммония, а именно аммофоса и диаммонийфосфата, основанных на разложении фосфатного сырья смесью фосфорной и серной кислот с получением фосфорной кислоты и дальнейшей ее переработки на удобрения. Такие удобрения широко используются в сельском хозяйстве.

Известен способ получения аммофоса (МАФ) из апатитового концентрата разложением его с получением слабой фосфорной кислоты и аммонизацию этой кислоты до мольного соотношения NН₃:Н₃РO₄=1,02-1,05, концентрирование полученной аммофосной пульпы на вакуум-выпарных аппаратах до влажности 25-35% и последующую ее сушку и гранулирование в барабанном грануляторе-сушилке.

Недостатком способа являются: данный способ предусматривает концентрирование, то есть упарку аммофосной пульпы, что приводит не только к повышенным затратам электроэнергии, но и к образованию большого количества технологических сточных вод, содержащих аммиак. Кроме того, полученное удобрение не удовлетворяет требованиям, предъявляемым мировыми стандартами (Бабкин В.В., Бродский А.А. Фосфорные удобрения России. М.: Маргус, 1995, с.233-235).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения фосфатов аммония, включающий разложение фосфатного сырья смесью фосфорной и серной кислот, разделение полученной пульпы фильтрацией с выделением продукционной кислоты, промывкой осадка сульфата кальция водой, возвратом промывных вод на стадию разложения, аммонизацию кислоты, гранулирование и сушку продукта.

По этому способу пульпа после разложения поступает на фильтрацию, где разделяется на продукционную кислоту и осадок сульфата кальция. После первой стадии (собственно фильтрации) отделяется продукционная кислота, а промывные воды вместе с промывными водами стадии промывки в виде раствора разбавления поступают на стадию разложения апатита. Слабая кислота после первой стадии фильтрации подается полностью или частично (в зависимости от технологии производства на концентрирование) и только после этого поступает на аммонизацию. В зависимости от необходимости получения марки продукта (МАФ- или ДАФ-диаммоний фосфата) и применяемых нейтрализаторов и схем нейтрализации (например, скоростной аммонизатор – испаритель [САИ], трубчатый реактор) нейтрализуется до нужных соотношений NН₃:Н₃РO₄. Полученную пульпу гранулируют, сушат и классифицируют (Технология фосфорных и комплексных удобрений./ Под ред. С.Д.Эвенчика и А.А.Бродского. М.: Химия, 1987, с.71 (Схема), с.191-194).

Недостатком всех известных способов является необходимость проведения концентрирования (упарки) значительных объемов кислоты, что влечет за собой не только повышенные эксплутационные затраты на осуществление процесса и увеличение металлоемкости, но и снижает качество получаемого готового продукта (аммофоса и диаммонийфосфата) из-за перехода в него примесей из кислоты. Кроме того, например при производстве диаммонийфосфата наблюдается значительное выделение аммиака (до 25% от введенного) при нейтрализации кислоты.

Нами поставлена задача получения готового продукта стабильного экспортного качества с минимальными затратами на производство, а также новых продуктов, содержащих на 1-5% больше питательных веществ по сравнению с известными марками, при снижении эксплутационных затрат и уменьшения металлоемкости. Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения фосфатов аммония, включающем разложение апатитового концентрата смесью фосфорной и серной кислот, разделение полученной пульпы фильтрацией с выделением продукционной кислоты, промывкой осадка сульфата кальция водой, возвратом промывных вод на стадию разложения, аммонизацию кислоты, гранулирование и сушку продукта.

По этому способу фильтрат (I фильтрат), полученный после первой стадии фильтрации при разделении пульпы, подают полностью на стадию осветления. Осветление ведут до остаточного содержания твердых веществ в продукционной экстракционной фосфорной кислоте (ЭФК) 0,2-0,5% по массе и направляют на стадию аммонизации.

Сгущенную часть фильтрата, содержащую 10-35% твердых веществ, полностью возвращают на стадию разложения апатита непосредственно либо предварительно смешивают ее с фильтратом, полученным после промывки осадка (II фильтрат), и возвращают на стадию разложения. В последнем случае осветление слабой ЭФК проводят в замкнутом цикле узла фильтрации.

Возможны и такие варианты исполнения способа, когда перед подачей на аммонизацию осветленную кислоту частично или полностью концентрируют до необходимой концентрации, что обуславливается видом товарной продукции (МАФ или ДАФ), способом производства ЭФК (дигидратный или полугидратный), необходимостью утилизации фтористых соединений в целевые продукты АlF₃, Na₂SiF₆, NaF и т.д.).

В зависимости от технологических условий и имеющегося оборудования процесс осветления проводят в разных аппаратах, например, в радиальных отстойниках. Наиболее целесообразно проводить этот процесс в тонкослойных отстойниках, которые работают более интенсивно при общей высокой эффективности очистки от твердых веществ. В связи с этим время осветления колеблется от 0,5 до 6 часов.

Сущность способа заключается в следующем. Стадия осветления слабой ЭФК позволяет значительно уменьшить попадание в продукт балластных примесей (твердых веществ), создавая тем самым условия для улучшения качества готового продукта с одновременным сокращением энергетической составляющей производства фосфатов аммония и снижения металлоемкости за счет исключения стадии концентрирования или уменьшения объемов концентрирования. Процесс осветления проводят при регламентированном содержании твердых веществ в осветленной слабой ЭФК на уровне 0,2-0,5% по массе. Уменьшение содержания твердых веществ в продукционной слабой ЭФК менее 0,2% сопряжено со значительным понижением интенсивности работы отстойников (увеличение времени отстаивания), что приводит к усложнению и удорожанию технологического процесса. Одновременно ухудшаются физико-механические свойства готового продукта (прочность гранул, пылимость продукта и т.п.) вследствие уменьшения содержания ионов кальция в растворе, которое ведет к нарушению строительства солевых мостиков при грануляции. Увеличение содержания твердых веществ более 0,5% приводит к дестабилизации качества выпускаемого продукта по химическому составу, особенно в производстве фосфатов аммония непосредственно из слабой ЭФК.

Пределы содержания твердых веществ в сгущенной пульпе 10-35% обусловлены следующим. При уменьшении содержания твердых веществ менее 10% уменьшается эффективность работы отстойника (сокращается выход осветленной кислоты), что обуславливает удорожание процесса. Увеличение содержания твердых веществ более 35% не целесообразно вследствие ухудшения реологических свойств сгущенной пульпы и забивок осадками коммуникаций, отстойников и т.д.

Проведение процесса осветления ЭФК в замкнутом цикле узла фильтрации позволит значительно упростить технологический процесс, сократить расходы на изготовление оборудования и его обслуживание. Технологическая схема процесса осветления в этом случае является полностью безотходной.

Использование предложенного способа получения фосфатов аммония из апатитового концентрата позволяет:

– получить МАФ экспортного качества по химическому составу (12,0:52,0) из слабой дигидратной ЭФК без использования стадии концентрирования кислоты (снижение капитальных и эксплуатационных затрат);

– получить МАФ состава 13,0% N и 56,0% P₂O₅ из упаренной полугидратной ЭФК, что сокращает затраты на транспортировку и внесение удобрений примерно на 7-8%;

– получить МАФ из смесей слабой и упаренной дигидратной и полугидратной кислот с минимальным расходом упаренной ЭФК (снижение эксплуатационных затрат);

– в производстве ДАФ из упаренной дигидратной и полугидратной кислот получать качественный продукт при более низких мольных отношениях NH₃:Н₃РO₄, что способствует снижению содержания NН₃ в отходящих от аппаратов (стадии аммонизации, гранулирования и сушки) газов на систему абсорбционной очистки (уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат на очистку отходящих газов);

– увеличить межремонтный пробег установок по концентрированию слабой ЭФК за счет снижения инкрустаций осадками вапарной установки.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

ПРИМЕР 1. Разложение хибинского апатитового концентрата (39,0% P₂O₅, содержание фракции +0,16 мм – 13%) осуществляют смесью серной (93% H₂SO₄) и фосфорной кислот в режиме дигидратного процесса (температура в реакционной зоне 80С, соотношение Т:Ж=1:2,5; содержание P₂O₅ и H₂SO₄ в жидкой фазе пульпы 29,0 и 2% соответственно) с получением 1-го фильтрата, в котором содержится 28,5% P₂O₅ и 2% твердых веществ.

1-й фильтрат подвергают осветлению в тонкослойном отстойнике в течение 1,0 часа, в результате чего получают продукционную осветленную ЭФК с содержанием 28,6% Р₂O₅ и 0,3% твердых веществ и сгущенную пульпу с содержанием 20% твердых веществ. Сгущенную часть 1-го фильтрата полностью подают в сборник 2-го фильтрата, из которого раствор разбавления, содержащий твердую фазу, направляют на стадию разложения апатита.

Осветленную слабую ЭФК подвергают одностадийной аммонизации в скоростном аммонизаторе-испарителе (САИ) при мольном отношении NH₃:Н₃РO₄=1,05-1,10. Полученную пульпу гранулируют, сушат в БГС (барабанный гранулятор-сушилка) с получением продукта, содержащего N – 12,0-12,2%; P₂O₅ – 52,0-52,1% при влажности 1,0-1,2%.

ПРИМЕР 2. Разложение хибинского апатитового концентрата (состав см. в Примере 1) осуществляют смесью серной (95% H₂SO₄) и фосфорной кислот в режиме полугидратного процесса (температура пульпы в реакторе 92С, соотношение Т:Ж=1:2; содержание P₂O₅ и H₂SO₄ в жидкой фазе пульпы 37,5 и 1,3% соответственно) с получением 1-го фильтрата, в котором содержится 37,0% Р₂О₅ и 1,2% твердых веществ.

1-й фильтрат подвергают осветлению в тонкослойном отстойнике в течение 0,5 часа, в результате чего получают продукционную осветленную ЭФК с содержанием 37,2% P₂O₅ и 0,2% твердых веществ. Сгущенную часть 1-го фильтрата (с содержанием 10% твердых веществ) направляют на стадию разложения апатита.

Осветленную ЭФК концентрируют в выпарной установку до содержания в ней 54% Р₂O₅. Упаренную ЭФК подвергают двухступенчатой аммонизации (1-я ступень в трубчатом реакторе; 2-я ступень – в аммонизаторе-грануляторе (АГ)) до мольного отношения NН₃:Н₃РO₄=1,15, грануляции в аппарате АГ и сушке в сушильном барабане до остаточной влажности 1,2%. Товарный МАФ содержит N – 13,0%; P₂O₅ – 56,0%. Транспортные расходы на перевозку полученного концентрированного продукта снижаются на 7-8%.

ПРИМЕР 3. Процесс получения ЭФК проводят в полугидратном режиме (см. Пример 2).

1-й фильтрат осветляют в радиальном отстойнике в течение 6,0 часов с получением продукционной осветленной ЭФК, содержащей 37,1% P₂O₅ и 0,5% твердых веществ. Сгущенную часть 1-го фильтрата, содержащую 35% твердых веществ, непосредственно подают на стадию разложения апатита.

Осветленную ЭФК концентрируют в выпарной установке до содержания 52-54% P₂O₅.

Упаренную фосфорную кислоту, разбавленную абсорбционными стоками от очистки газов, подвергают двухступенчатой аммонизации в трубчатом реакторе до мольного отношения NН₃:Н₃РO₄=1,6. Полученную пульпу одновременно гранулируют и сушат в аппарате БГС. Готовый ДАФ содержит N – 18%; P₂O₅ – 46% при влажности 1,5%. Содержание аммиака в отходящих от БГС газах при проведении нейтрализации аммиаком до мольного отношения NН₃:Н₃РO₄=1,6 (по сравнению с принятым мольным отношением NH₃:Н₃РO₄=1,80-1,85) снижается на 20-25%.

ПРИМЕР 4. Процесс получения ЭФК проводят в дигидратном режиме (см. Пример 1).

Первый фильтрат подвергают осветлению в тонкослойном отстойнике в течение 0,75 часа, в результате чего получают продукционную осветленную ЭФК с содержанием 28,6% P₂O₅ и 0,5% твердых веществ и сгущенную пульпу с содержанием 15% твердых веществ. Сгущенную часть первого фильтрата полностью подают в сборник 2-го фильтрата, из которого раствор разбавления, содержащий твердую фазу, направляют на стадию разложения апатита.

Часть осветленной слабой ЭФК, эквивалентную 40% массы P₂O₅ в ней, концентрируют до 52% и смешивают с другой частью осветленной ЭФК. Полученную смесь подвергают одностадийной аммонизации в САИ при мольном отношении NН₃:Н₃РO₄=1,05-1,10. Полученную пульпу гранулируют и сушат в БГС. Получают продукт, содержащий N – 12,2; Р₂O₅ – 52,2% при влажности 1,5%.

Формула изобретения

1. Способ получения фосфатов аммония, включающий разложение апатитового концентрата смесью серной и фосфорной кислот, разделение полученной пульпы фильтрацией с выделением продукционной фосфорной кислоты, промывку осадка сульфата кальция водой, возврат промывных вод на стадию разложения, аммонизацию кислоты, гранулирование и сушку продукта, отличающийся тем, что продукционную кислоту, полученную после разделения пульпы, подают на осветление, процесс ведут до остаточного содержания твердых веществ в ней 0,2-0,5% по массе, и направляют на стадию аммонизации, а сгущенную пульпу после осветления, содержащую 10-35% твердых веществ, полностью возвращают на стадию разложения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей на аммонизацию осветленную кислоту частично или полностью концентрируют до необходимой концентрации.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осветление продукционной кислоты проводят в замкнутом цикле узла фильтрации посредством смешения сгущенной пульпы с фильтратом, полученным после промывки.