KỸ THUẬT SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT CHỨA PHOTPHO - Bài 1 pdf

BÀI : MỞ ĐẦUCác hợp chất của phospho trong tự nhiên: -Quặng apatit -Khoáng photphorit -Phân chim, xương động vật 1... Hiệu quả nông hóa và khả năng phản ứng của bột photphorit tùy thuộc

CHƯƠNG 4 -SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT CỦA

BÀI : MỞ ĐẦU

Các hợp chất của phospho trong tự nhiên:

-Quặng apatit

-Khoáng photphorit

-Phân chim, xương động vật

1 Quặng apatit ( 3Ca 3 (PO 4 ) 2 .CaX 2 )

Tinh thể apatit thuộc hệ lục giác, có màu sắc khác nhau (xanh, xám, vàng lục, lam, tím) tuỳ theo loại quặng

Tỷ trọng: 3,18 – 3,21

Nhiệt độ nóng chảy 1400 – 1570 0 C

Khó tan trong nước

Thành phần hóa học của tinh quặng apatit: 42,22% P2O5, 55,59% CaO, 3,77% F

Apatit ở Lào Cai có thành phần khá phức tạp, có thể chia thành 4 loại sau:

Loại 3: 12 – 18% P2O5 chiếm 42,25% Loại 4: 4-10% P2O5

CƠNG TY APATIT VIỆT NAM

Đặc tính kỹ thuật quặng apatit

18

18 ÷ 22 4

12

H O (%)

3,2 ÷ 4 0,6 ÷ 1

2 ÷ 2,5

2 ÷2,5

Al2O3 (%)

3,5 ÷ 4 1,5 ÷ 1,7

1,8 ÷ 2 1,5 ÷2

18 ÷ 22

37 ÷ 40

40 ÷ 44

43 ÷46 CaO (%)

Tinh quặng tuyển Quặng 2

Quặng 1

2 Khoáng photphorit

Là khoáng được tạo thành do quá trình trầm tích của caxiphotphat từ nước biển.

[xCa10(PO4)6F2 + yCa10P5CO23(F, OH)3]

Khoáng photphorit có màu nâu hoặc vàng Ít hút ẩm, không kết dính nhưng độ phân tán kém.

Bột photphorit là dạng phân lân khó hòa tan Hiệu quả nông hóa và khả năng phản ứng của bột photphorit tùy thuộc vào mức độ nghiền mịn của nó (theo tiêu chuẩn thì bột photphorit không được chứa quá 10% những hạt có kích thước lớn hơn 0,18mm).

3 Phân chim, xương động vật

BÀI 2: SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC

1 Tính chất và ứng dụng

100110114,1115,8117,1121,9

H3PO4

P2O572,479,882,783,984,988,4

3:12:11,66:11,5:11,4:11:1

Tên axit

H3PO4 + H2O ⇔ H3O + + H2PO4- K 1 = 7,52.10 -3

H2PO4- + H2O ⇔ H3O + + H2PO42- K 2 = 6,31.10 -8

H PO 2- + H O ⇔ H O + + H PO 3- K = 2,2.10 -13

ứng dụng:

Axitphotphoric

CanxiphotphatPhân bón

Thuốc

đánh

răng

Thức ăngia súc

Xi măngtrắng

Photphathóa

Phânbón:

NP,NPK

Natriphotphat mềmLàm

nước

Chất cảmquang

Chất chốngcháy

2.1 Sản xuất axit photphoric bằng phương pháp nhiệt

Cơ sở quá trình thăng hoa photpho

Quá trình thăng hoa photpho xảy ra các phản ứng sau:

Phương pháp nhiệt

2 Các phương pháp sản xuất:

Phương pháp trích ly

Thăng hoa photpho

Gồm 2 giai đoạn:

Oxi hóa photpho và hấp thu tạo axit photphoric

2Ca5(PO4)3F + 15C + 6SiO2 → 3P2 + 15CO + 3Ca3Si2O7 + CaF2 (2)

Quá trình oxi hóa và hấp thu tạo axit photphoric

P4 + 5O2 → P4O10

P4O10 + 2H2O → 4HPO3

HPO3 + H2O → H3PO4

Axit thu được có 85 – 86% H3PO4 tức 61,6 – 62,3% P2O5

Quá trình thăng hoa photpho xảy ra các phản ứng phụ:

Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO

Ca3P2 + 6C → CaC2 + P2

4Fe2O3 + 12C + P4 → 12CO + 4Fe2P

2CaF2 + SiO2 → 2CaO + SiF4

3SiF4 + 3H2O → 2H2SiF6 + H2SiO3

Các yếu tố làm tăng tốc độ phản ứng

2.2 Sản xuất axit photphoric theo phương pháp trích ly.

Phương pháp trích ly – phân hủy photphat bằng axit sulfuric

Thành phần các tạp chất có trong axit: 22 – 48% P2O5

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình phân hủy

a Quá trình hóa học

Ca5(PO4)3F (R) + 5H2SO4 (L) → 3H3PO4(L) + 5CaSO4.pH2O(R) + HF(K) + 105,9 Kcal

Ca5(PO4)3F (R) + 5H2SO4 (L) + nH3PO4 → (3+n)H3PO4(L) + 5CaSO4.pH2O(R) + HF(K)

Các phản ứng phụ:

-Khoáng dolomit: Ca,Mg(CO3)2 + H2SO4 → Ca,Mg(SO4)2.pH2O + CO2

-Khoáng silicat: SiO2 + HF → SiF4↑ + 2H2O

SiF4 + 2HF → H2SiF6 (Na2SiF6↓, K2SiF6↓)

- Oxit sắt, nhôm: R2O3 + 3H2SO4 → R2(SO4)3 + 3H2O

R2(SO4)3 + 2PO43- → RPO4↓ + 3SO4

3-b Tốc độ phản ứng

Bản chất của quá trình phân hủy apatit bằng axit sunfuric ?

Yếu tố cơ bản xác định tốc độ phân hủy photphat bằng axit sunfuric là tốc độkhuếch tán của ion Ca2+ từ bề mặt hạt photphat vào dung dịch và tốc độkhuếch tán ion H+ từ bên trong dung dịch đến bề mặt hạt photphat

3 4

5

Mức độ phân hủy,

%

60 120 180 240 300 360

phút

Tốc độ quá trình phân hủy apatit sẽ tăng lên trong những yếu tố và điều kiệnlàm tăng độ tan của canxi sunfat

Độ tan của canxi sunfat theo nồng độ axit ở 80 0 C

%P2O5

Độ tan của canxi sunfat theo nồng

độ axit ở 25 0 C

2.2.2 Cơ sở quá trình công nghệ

Quá trình sản xuất axit photphoric gồm 2 giai đoạn:

- Phân hủy photphat bằng axit sulfuric

- Lọc axit photphoric

Phản ứng tổng quát của quá trình phân hủy:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + nH3PO4 → (n+3)H3PO4 + 5CaSO4.pH2O + HF

Sự kết tủa dihydrat trong điềukiện điều chế axit H3PO4 nồngđộ 30-35%P2O5 ở 60-800C

Sự kết tủa hemihydrat trongđiều kiện điều chế axit H3PO4nồng độ 42-48%P2O5 ở 85-950C

Sự kết tủa anhydric trong điềukiện điều chế axit H3PO4 nồngđộ 47%P2O5 ở 105-1180C

a Phương pháp dihydrat

Lượng axit sunfuric tính theo lý thuyết (Norma axit):

N = [CaO].98 / 56 = 1,75[CaO]

Cường độ khuấy trộn khối phản ứng là 1 yếu tố rút ngắn quá trình phân hủy:

4 – 6 m/secĐể đạt được sự chuyển động hỗn loạn của khối phản ứng cần duy trì tỷ lệ L:R

L : R = 2,5:1 – 3,5:1Kích thước tinh thể canxi sunfat càng lớn, hình dạng đơn giản thì càng dễ lọc, rửa và hiệu quả kinh tế:

kích thước tinh thể hợp lý: dài 200-400μm, rộng 100-200 μm

Nhược điểm của Phương pháp dihydrat

Axit photphoric thu được có nồng độ thấp : với tinh quặng apatit 26 – 32% P2O5

với photphorit 23-26% P2O5

b Quá trình hemihydrat

Nhiệt độ phản ứng khoảng 900C và nồng độ axit photphoric 42 – 48% P2O5 đốivới tinh quặng apatit và 38 – 42% P2O5 đối với khoáng photphorit tuyển nổiQuá trình hydat xảy ra khi giảm nhiệt độ:

Ưu điểm của Phương pháp hemihydrat

Điều chế axit photphoric có nồng độ cao hơn tức là cho phép giảm đi thể tíchcủa các thiết bị chủ yếu (thiết bị phản ứng, thiết bị lọc)

c Quá trình anhydric

Do thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao dẫn đến sự ăn mòn thiết bị lớn, hàmlượng axit sunfuric trong axit photphoric lớn và năng suất lọc của quá trìnhthấp nên phương pháp này không được sử dụng trong thực tế

CÔNG TY APATIT VIỆT NAM

Đặc tính kỹ thuật quặng apatit

18

18 ÷ 22 4

12

H2O (%)

3,2 ÷ 4 0,6 ÷ 1

2 ÷ 2,5

2 ÷2,5

Al2O3 (%)

3,5 ÷ 4 1,5 ÷ 1,7

1,8 ÷ 2 1,5 ÷2

18 ÷ 22

37 ÷ 40

40 ÷ 44

43 ÷46 CaO (%)

Tinh quặng tuyển Quặng 2

Quặng 1