(Đồ án) đồ án nhập môn kĩ thuật hóa học tên đề tài tìm hiểu quá trình sản xuất acid phosphoric từ quặng apatite

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN NHẬP MƠN Kĩ Thuật Hóa Học Tên đề tài : TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC TỪ QUẶNG APATITE Nhóm LÊ HUY HOÀNG hoang.lh221481@sis.hust.edu.vn TRẦN THỊ HỒNG hong.tt221488@sis.hust.edu.vn NGUYỄN TIẾN HÙNG hung.nt221495@sis.hust.edu.vn LẠI QUỐC HUY huy.lq221501@sis.hust.edu.vn ĐINH HOÀNG KIÊN kien.dh221513@sis.hust.edu.vn Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Công Bằng Bộ Môn: Nhập môn Kĩ Thuật Hóa Học Viện : Kĩ Thuật Hóa Học Hà Nội, 3/2023 Page | h MỤC LỤC MỤC LỤC………………………………………………………………………… LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC……………………………………………………………………… I Tổng quan Acid Phosphoric…………………………………………………… 1.Tên gọi khoa học, đặc điểm cấu tạo…………………………………………….6 Tính chất vật lý Acid Phosphoric………………………………………….7 Tính chất hóa học Acid Phosphoric……………………………………… Lưu ý sử dụng Acid Phosphoric……………………………………………8 a Ảnh hưởng Acid Phosphoric đến thể người…………………9 b Lưu ý bảo quản Phosphoric……………………………………… …9 c Lưu ý sử dụng Phosphoric……………………………………………9 Thị trường tiêu thụ Phosphoric……………………………………………….10 II Ứng dụng Acid Phosphoric……………………………………………… Nông nghiệp……………………………………………………………… Công nghiệp…………………………………………………………… a Nguyên liệu cho ngành công nghiệp thực phẩm…………………… b Ngành dược phẩm……………………………………………………… c Gia công vật liệu xây dựng……………………………………………… d Chất tẩy rửa, xử lý nước……………………………………… Một số ứng dụng khác…………………………………………………… III Giới thiệu số phương pháp sản xuất Acid Phosphoric…………… Vai trò cần thiết việc sản xuất Acid Phosphoric………………… Phương pháp sản xuât suất Acid Phosphoric phổ biến ………………… Page | h CHƯƠNG II SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC TỪ QUẶNG APATITE………… I Tổng quan quặng Apatite……………………………………………………… Giới thiệu quặng Apatite……………………………………………… Thành phần quặng Apatite……………………………………………………… Phân loại quặng Apatite……………………………………… a Phân loại theo thạch học………………………………………… b Phân loại theo thành phần vật chật……………………………………… c Phân loại theo thành phần hóa học……………………………………… Ứng dụng quặng Apatite…………………………………………… II.Quy trình sản xuất Acid Phosphoric từ quặng Apatite phương pháp ướt… Nguyên liệu sản xuất…………………………………………………………… Quy trình sản xuất……………………………………………………………… a Cơng đoạn 1: Chuẩn bị bùn quặng……………………………………… b Công đoạn 2: Phân hủy quặng………………………………………… c Công đoạn 3: Lọc quặng……………………………………………… d Công đoạn 4: Cô đặc acid……………………………………………… Ưu/nhược điểm phương pháp ướt……………………………………… Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất ……………………………………………… Các thiết bị trình sản xuất……………………………………… a Hệ thống nghiền xử lý quặng…………………………………… b Lò đốt………………………………………………………………… c Bộ đệm……………………………………………………………… d Hệ thống hập thụ……………………………………………………… e Bộ tách…………………………………………………………………… f Hệ thống lọc……………………………………………………………… g Thiết bị cô đặc……………………………………………… h Bồn chứa………………………………………………… Page | h k Máy đóng gói……………………………………………………………… 6.Phân loại quy trình cơng nghệ sản xuất Acid Phosphoric theo phương pháp ướt……………………………………………………………………………… a Quy trình Dihydrat……………………………………………………… b Quy trình Hemihydrat (HH) ……………………………………… c.Quy trình Iemi - dihydrat tái kết tinh (HRC) ……………………… III Tham khảo sản xuất Acid Phosphoric phương pháp khô……………… Nguyên liệu sử dụng………………………………………………… Quy trình sản xuất………………………………………………………… a Công đoạn 1: Điều chế photpho phương pháp nhiệt hóa học……… b Cơng đoạn : Đốt photpho với oxi khơng khí…………………… c Cơng đoạn : Ngưng tụ, hấp thụ oxit vào nước, loại bỏ xỉ ngồi để tạo sản phẩm acid có nồng độ đạt theo yêu cầu …………… Sơ đồ dây chuyền khối phươưng pháp ướt……………………………… CHƯƠNG III: CHẤT THẢI VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MƠI TRƯỜNG TRONG Q TRÌNH SẢN XUẤT……………………………………………………………… I Các chất thải sản xuất ảnh hưởng đến môi trường ………… 1.Các chất thải……………………………………………………………… 2.Ảnh hướng đến môi trường……………………………………………… II Những biện pháp xử lý chất thải……………………………………………… CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN………………………………………………………… PHỤ LỤC……………………………………………………………………………… Thành viên nhóm phân công công việc……………………………………………… Tài liệu tham khảo……………………………………………………………… Page | h LỜI MỞ ĐẦU Lời cho nhóm em xin cảm ơn Thầy truyền tải kiến thức đến chúng em khoảng thời gian học tập Học phần “Nhập mơn Kĩ thuật Hóa học” học phần quan trọng sinh viên năm Viện Kĩ thuật Hóa học chúng em Qua việc làm đồ án mơn học chúng em có hiểu biết rõ về chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật Hóa học; có số hiểu biết trình thuộc lĩnh vực khác ngành Kỹ thuật Hóa học, nắm mối liên kết, giao thoa khoa học kỹ thuật công nghệ Chúng em làm quen với phương pháp làm việc khoa học, tra cứu tài liệu, kỹ làm việc nhóm, kỹ trình bày, thuyết trình vấn đề kĩ làm việc cần thiết cho chúng em sau Ngày với phát triển cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, thị hóa cách nhanh chóng với phát triển ngành công – nông nghiệp phục vụ đời sống người Acid Phosphoric hóa chất phổ biển quan trọng ngành hóa ngành cơng nghiệp, nông nghiệp khác Hay số lĩnh vực y tế - sức khỏe, thực phẩm … cần đến lượng lớn Acid Phosphoric để tạo sản phẩm phục vụ sống người Nhận thấy vai trò to lớn loại acid này, nhà máy hóa chất đâu tư cơng nghệ, áp dụng tiến khoa học kĩ thuật vào sản xuất nhằm tạo sản phẩm tinh khiết đáp ứng nhu cầu thị hiếu xã hội Với đề số giao, nhóm chúng em tìm hiểu vể Quá trình sản xuất Acid Phosphoric từ quặng Apatite Và trình tìm hiểu tham khảo số tài liệu nghiên cứu khoa học, nhóm chúng em xin phép đề cập đến phương pháp sản xuất phổ biến Acid Phosphoric công nghiệp là: – Phương pháp ướt ( phương pháp trao đổi ) – Phương pháp pháp khơ ( phương pháp nhiệt ) Và cịn số phương pháp khác Bên cạnh báo cáo chúng em trình bày số vấn đề khác tính chất, cấu tạo, đặc điểm acid photphosphoric, ứng dụng thiết yếu Acid Phosphoric đời sống sản xuất Page | h CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC I TỔNG QUAN VỀ ACID PHOSPHORIC Tên gọi khoa học, đặc điểm cấu tạo - Danh pháp khoa học ( Danh pháp IUPAC) H 3PO4 Phosphoric acid Ngồi ra, cịn mang tên gọi khác trihiđroxiđioxiđophotpho, Acid orthophosphoric Nó diện xương giúp ích q trình trao đổi chất Ở dạng lỏng, xuất dạng dung dịch suốt, không màu dạng rắn, xuất dạng chất rắn kết tinh, suốt - Cơng thức hóa học : H3PO4 - Cơng thức cấu tạo + Là liên kết cộng hóa trị phân cực + Phopho có hóa trị V số oxi hóa +5 + Là acid nấc : K a = 7,5.10 -3 = 6,2.10-8 Ka K a = 4.8.10-13 id Phosphoric Page | h Hình 1.2 Mơ hình cấu tạo Acid Phosphoric - Trong cấu trúc tinh thể H3PO4 gồm có nhóm tứ diện PO4 liên kết với liên kết hidro Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể Acid Phosphoric - Phân tử phosphoric có dạng tứ diện lệch  Độ dài d (P – O) = 1,52 Å, d (P – OH) = 1,57 Å  Số đo số góc khơng giống : góc ( O = P – OH ) = 1120 góc ( HO – P – OH ) = 1600 - Số CAS: 7664-38-2 - Số EINECS: 231-633-2 - Số RTECS TB6300000 - MSDS: 1008 - Phân loại EU: Chất ăn mòn (C) - Chỉ mục EU: 015-011-00-6 - Chỉ dẫn R: R34 - Chỉ dẫn S: (S1/2) S26 S45 - Điểm bắt lửa: Khơng gây cháy nổ Tính chất vật lý Acid Phosphoric Acid Phosphoric có dạng tồn tại, kết tinh dạng tinh thể không màu, chất lỏng đặc ( > 42 0C ) suốt khơng màu.; mang vị chua; có khối lượng mol 98,00g/mol Khối lượng riêng theo dạng khác : 1.885 g/mL ( lỏng ); 1.685 g/mL ( 85% đậm đặc ); 2.030 g/ml ( tinh thể 25 0C ) Có nhiệt độ nóng chảy Page | h 42,35 0C ( dạng H3PO4.H2O có nhiệt độ nóng chảy 29,320C ); Nhiệt độ sơi 154 0C bị phân hủy 213 0C Tan nước với độ tan 548 g/100 mL nước Trong cấu trúc tinh thể gồm có nhóm tứ diện PO 4, liên kết với liên kết hidro Cấu trúc cịn giữ lại dung dịch đậm đặc acid nước làm cho dung dịch sánh giống nước đường Tính chất hóa học Acid Phosphoric Với tính chất acid trung bình, Acid Phosphoric mang đặc điểm acid điển chất chung acid đổi mà quỳ tím thành đỏ, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối, kim loại Khi tác dụng với oxit bazơ bazơ, tùy theo lượng chất tác dụng mà sản phẩm muối trung hòa, muối acid hỗn hợp muối… Bên cạnh có vài tính chất riêng : Trong phân tử Acid Phosphoric P mức oxy hóa +5 bền nên Acid Phosphoric khó bị khử, khơng có tính oxy hóa acid nitric Khi đun nóng dần đến 260 oC, acid orthophosphoric bớt nước, biến thành acid điphosphoric (H 4P2O7); 3000C, biến thành acid metaphosphoric (HPO3) Acid Phosphoric acid ba nấc có độ mạnh trung bình, số acid 250C có giá trị :  H3PO4 ⇆ H2PO4- + H+ K1 = 7.10-3  H2PO4- ⇆ HPO42- + H+ K2 = 8.10-6  HPO42- ⇆ PO43- + H+ K3 = 4.10-13 Dưới tác dụng nhiệt, xảy phản ứng nhiệt phân cho sản phẩm theo nhiệt độ Trong phân tử Acid Phosphoric P mức oxi hóa +5 bền nên Acid Phosphoric khó bị khử, khơng có tính oxi hóa acid nitric, ngun tử P có bán kính lớn ngun tử N, dẫn mật độ điện dương P nhỏ nên khả nhận e Khi đun nóng dần đến khoảng 200 – 250 0C acid orthophosphoric bớt nước, biến thành acid điphosphoric (H4P2O7) Ở 400 – 500 C, biến thành acid metaphosphoric (HPO3) Lưu ý sử dụng Acid Phosphoric Acid Phosphoric có tính ứng dụng lớn đời sống, tiếp xúc với người thơng qua nhiều đường khác Ví dụ sản phẩm phục vụ Page | h nhu cầu ngày thức ăn, đồ uống… có lượng Acid Phosphoric Acid Phosphoric có khả gây hại nhiều trường hợp a) Ảnh hưởng Acid Phosphoric đến thể người - Giảm mật độ xương người, gây bệnh lỗng xương sử dụng sản phẩm có chưa Acid Phosphoric thời gian dài - Ảnh hưởng đến thận sử dụng nhiều sản phẩm đồ uống chứa Acid Phosphoric, dẫn đến thay đổi tiết niệu, bệnh thận mãn tính, sỏi thận… - Gây tải Phospho thể, làm tăng độ acid thể làm giảm khả sử dụng chất dinh dưỡng khác Fe, Mg, Zn,… Sự thiếu hụt chất khác dẫn đến vấn đề sức khỏe - Gây bỏng hóa học, thiệt hại mô tiếp xúc trực tiếp với da, có tính ăn mịn Cũng gây kích ứng mũi, họng phổi, dẫn đến thở khò khè ho b) Lưu ý bảo quản Phosphoric - Luôn bảo quản nơi khơ ráo, thống mát, tránh tiếp xúc trực tiếp với ảnh nắng loại tia lửa, chất có tính oxi hóa, kim loại, kiềm,… - Bảo quản vật dụng bảo quản chuyên dụng, sau sử dụng cần đậy nắp kín - Thường xuyên kiểm tra vệ sinh nơi bảo quản để kịp thời phát xử lý tình trạng rị rỉ hóa chất, hạn chế tối đa thiệt hại xảy cố - Trang bị hệ thống chống cháy chữa cháy nơi bảo quản c) Lưu ý sử dụng Phosphoric - Sử dụng điều kiện thống gió, cần mặc quần áo bảo hộ , đeo trang, mắt kính bảo hộ 1.4 Aicd Phosphoric bảo quản lọ thủy tinh chuyên dụng trình sử dụng acid - Tuyệt đối khơng nếm, ăn, ngửi hóa chất, khơng đổ thêm nước trình sử dụng Page | h - Các trường hợp vô ý tiếp xúc trực tiếp với Acid Phosphoric cần rửa với nước, xà phòng ấm đưa đến sở y tế gần để kiểm tra xử lý kịp thời Thị trường tiêu thụ Acid Phosphoric - Với tính ứng dụng cao, Acid Phosphoric hóa chất quan trọng, sản xuất tiêu thụ tồn giới Hàng năm có hàng triệu Acid Phosphoric tiêu thụ để sản xuất sản phẩm phục vụ người - Ở Việt Nam, Acid Phosphoric thành phần quan trọng dùng để sản xuất nhiều loại phân bón, dược liệu, … có nhu cầu sử dụng lớn Tuy nhiên, hạn chế mặt thiết bị sản xuất, ngành công nghiệp sản xuất chưa đủ khả đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế khác - Trên thị trường, có nhiều nhà phân phối sản phẩm Acid Phosphoric ( Cty X, Y, Z… ) với mức giá từ 22.000 -25.000/1kg Hình 1.5 Acid đóng để vận chuyển Page | 10 h Phân loại quy trình cơng nghệ sản xuất Acid Phosphoric theo phương pháp ướt: Trên thực tế, có quy trình cơng nghệ sản xuất công nghệ sản xuất phương pháp ướt phân loại theo phương thức (cách) tạo thành tinh thể canxi unfat (bã Gips) q trình hịa tan Acid: CaSO4 khan, CaSO4.1/2H2O, CaSO 2H2O Bốn quy trình cơng nghệ là: - Dihydrate process  - Hemihydrate process - Di-Hemihydrate process - Hemi-Dihydrate process a) Quy trình Dihydrat Quy trình cơng nghệ Dihydrat sử dụng rộng rãi kỷ XX Phần lớn phân bón photphat cao cấp sử dụng Acid Phosphoric sản xuất từ nhà máy sử dụng công nghệ Quy trình cơng nghệ sản xuất Acid Phosphoric sử dụng phương pháp gồm bước chính: Nghiền, phản ứng, lọc cô đặc dung dịch Các bước thể sơ đồ sau: - Công đoạn nghiền: Một số loại quặng không cần nghiền phân bố kích thước hạt phù hợp (khoảng 60 - 70% kích thước hạt nhỏ 150 µm) Cịn lại, Page | 27 h hầu hết loại quặng Apatite phải nghiền mịn trước đưa vào phản ứng - Công đoạn phản ứng: Quặng Apatite chuyển hóa phản ứng với Acid sunfuric đặc để tạo thành Acid Phosphoric bã Gips Quá trình phản ứng phải khuấy liên tục thiết bị có cánh khuấy Điều kiện vận hành hệ thống để tạo kết tinh dehydrat nồng độ P 2O5; khoảng 25 - 29% nhiệt độ khoảng 70 - 80°C Nhiệt độ điều khiển cách chuyển lượng huyền phù qua thiết bị làm mát, khí khử làm cho q trình bơm dễ dàng Nhiệt độ điều khiển thiết bị làm mát tuần hoàn khơng khí - Cơng đoạn lọc: Để tách Acid Phosphoric khỏi tinh thể canxi sunfat, trình lọc trung gian phải thực qua nhiều bước khác thực liên tục Giai đoạn lọc ban đầu phải có cơng đoạn rửa để đảm bảo thu hồi lượng P2O5 hoàn toàn từ bã Gips Để đạt nồng độ dung dịch P 2O5 mức độ tách theo yêu cầu, hệ thống lọc phải sử dụng bơm chân không để tạo áp lực chân không nhằm tạo động lực lớn cho q trình lọc Các phần lỏng cịn lại loại bỏ khỏi bã lọc phương pháp rửa Bã sau lọc thải ngoài, vải lọc phải rửa lại hàm lượng rắn bám lên mức cho phép Nếu không thực trình rửa vải lọc hiệu trình lọc giảm cách đáng kể Sản phẩm sau lọc sau rửa phải giữ tách biệt phải tách điều kiện áp suất chân khơng sau chuyển áp suất thường, sản phẩm thu hồi lưu lại dây chuyền - Cơng đoạn đặc: Có thể sử dụng kết hợp nhiều thiết bị bốc với nhau, dòng Acid qua thiết bị cô đặc đến nồng độ yêu cầu Hầu hết thiết bị bay chế tạo theo kiểu chu trình làm việc tuần hồn cưỡng dịng vật liệu vào Toàn thiết bị bay hệ thống thường thiết kế đơn lẻ để dễ dàng thay Acid Phosphoric ăn mịn thiết bị lớn nhiệt độ sơi cao *) Những ưu điểm quy trình Dihydrat: Page | 28 h - Quy trình Dihydrat dùng nhiều loại quặng photphat với phẩm khác - Quặng nghiền khơ ướt hay nạp liệu dạng bùn - Dùng Acid sunfuric loãng (khoảng 70%) - Dễ vận hành - Hiệu suất thu hồi P2O5 cao (thường giới hạn 93,5–96,5%).  - Tiêu hao nước - Mức độ ăn mịn thiết bị thấp *) Những nhược điểm quy trình Dihydrat: - Tiêu hao nước làm lạnh nhiều - Tiêu hao nước cao hơn, phải dùng để cô đặc Acid - Chất lượng photphogyp phụ thuộc vào quặng photphat b) Quy trình Hemihydrat (HH) Quá trình giai đoạn tạo bùn, lọc Acid sản phẩm 40 - 48% P2O5, dịng tuần hồn nạp vào thiết bị phản ứng, bã hemihydrat rửa Yêu cầu q trình hệ số tiêu hao thấp, tiêu hao hơi, điện, nướ thấp Quá trình hemi lần phát triển vào năm 1960 công ty Anh Fisons sau phận Norsk-Hydro Yara Hiện có q trình cấp quyền cơng nghệ giới Norsk–Hydro, OxyHH Prayon PH11 sản xuất Acid 46% P 2O5 (P Prayon, H Hemihydrat, 11 giai đoạn) Prayon đưa trình HH hai giai đoạn ký hiệu PH12 có lần bã HH, hàm lượng sunfat pha lỏng cao để giải phóng P2O5, cộng kết canxi sunfat Dây chuyền công nghệ tương tự dây chuyền Dihydrat, nhiên có khác biệt: - Có thể bỏ qua cơng đoạn nghiền khơng cần thiết - Có thể bỏ qua cơng đoạn đặc nồng độ sản phẩm đạt yêu cầu Page | 29 h - Phản ứng diễn khoảng ổn định vùng kết tinh hemihydrat * ) Những ưu điểm trình Hemihydrat (HH): - Tiêu hao hơi, điện, nước mức thấp - Quặng photphat cần nghiền tới mức 100% qua sàng 1mm - Chất lượng Acid sản phẩm tốt, hàm lượng SO 1,5%, P2O5 48%, hàm lượng chất rắn 0,5%, hàm lượng flo thấp Page | 30 h - Bã photphogyp sạch, hàm lượng H2O tự thấp *) Những nhược điểm trình Hemihydrat (HH): - Hiệu suất trình thấp q trình cơng nghệ (90–94%) - Tiêu hao quặng photphat cao, quặng phải nạp khô - Phải dùng H2SO4 đặc để đảm bảo cân nước - Mức độ ăn mòn thiết bị cao làm việc nhiệt độ cao c) Quy trình Iemi - dihydrat tái kết tinh (HRC) Dây chuyền công nghệ tương tự công nghệ Dihydrat, nhiên hệ thống có nhiều thùng phản ứng Thùng phản ứng làm việc điều kiện tạo thành tinh thể Hemihydrat, thùng phản ứng khác làm việc điều kiện khác với nhiệm vụ bổ sung nước cho trình tái kết tinh hemihydrat thành tinh thể dihydrat Acid cô đặc chứa nhiều tinh thể hemihydrat hơn, bã Gyps chứa tinh thể hemihydrat Mặc dù q trình cơng nghệ phổ biến khứ, đặc biệt Nhật Bản, nơi có nhiều nhà máy nhỏ xây dựng theo trình khác để sản xuất dihydrat thích hợp làm phụ gia cho xi măng, có q trình Nissan H quảng cáo giới Quá trình yêu cầu nghiền mịn quặng photphat để tạo điều kiện kiềm chế khâu HH (hemihydrat), giá nghiền quặng bù lại giá trị sản phẩm photphogyp Bình thường trình sản xuất Acid Phosphoric với nồng độ 28 - 30% P2O5, chế biến quặng photphat macma giá trị thấp Sau số nhà máy cải tiến theo q trình cơng nghệ HDH (Hemidihydrat) để giảm việc nghiền mịn quặng photphat Hiệu suất thu hồi P2O5, quặng đạt 97% *) Những ưu điểm trình HRC: - Hiệu suất tồn q trình cao q trình DH 0,5 – 1,0% - Tiêu hao quặng photphat thấp - Dễ vận hành với photphat có chất lượng ổn định - Nồng độ Acid Phosphoric sản phẩm cao chút, tiêu hao - Hàm lượng chất rắn Acid sản phẩm thấp Page | 31 h - Bã photphogyp dùng cho sản xuất xi măng, khơng cần xử lý hóa học thêm *) Những nhược điểm trình HRC: - Quặng photphat phải nghiền mịn, cấp liệu dạng khô ẩm - không cấp dạng bùn nghiền quặng theo phương pháp nghiền ướt - Tiêu hao điện cao - Mức độ ăn mịn thiết bị cao q trình DH Cơng nghệ ngược với công nghệ tái kết tinh Hemi Dihydrat, trình phản ứng khống chế tạo tinh thể dihydrat trước, sau tiến hành lọc tinh thể dihydrat tạo thành tinh thể hemihydrat, sản phẩm Acid Phosphoric thu có nồng độ 33% - 38%, dịch huyền phù chứa 10% - 20% Acid Page | 32 h III THAM KHẢO SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔ Nguyên liệu sử dụng : Gồm có quặng canxi photphat Ca3(PO4)2, khơng khí, nước Quy trình sản xuất a) Cơng đoạn 1: Điều chế photpho phương pháp nhiệt hóa học Đầu tiên, tinh quặng canxi photphat Ca3(PO4)2 nghiền mìn với bột than nung lò nhiệt độ cao khoảng 1500 0C Khi đạt nhiệt độ quặng thực hiên phản ứng khử than để tạo sản phẩm trung gian tricanxi photphua (phản ứng 1); tiếp đến tricanxi photphua tiếp tục phản ứng tiếp với quặng canxi photphat để tạo thành photpho dạng canxi oxit (phản ứng 2) Sau đó, photpho ngưng tụ tạo photpho vàng (P4) Sản phẩm trung gian công đoạn xỉ Canxi oxit Để tách xỉ ngồi cho thêm lượng Silic điôxit (SiO 2) vào hỗn hợp nóng chảy để tạo xỉ CaSiO3 (phản ứng 3) Phương trình mơ tả q trình sau: Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO (1) 3Ca3(PO4)2 + 5Ca3P2 → 4P4 + 24CaO CaO + SiO2 → CaSiO3 (2) (3) 4Ca3(PO4)2 + 4Ca3P2 + SiO2 +8C → 4P4 + 23CaO + CaSiO3 + 8CO↑ Tất phản ứng thực lò điện với điện cực làm than chì Đây phản ứng chất pha nóng chảy sản phẩm đầu vào phải nghiền mịn tới kích thước hạt quy định trộn trước cho vào lị phản ứng b) Cơng đoạn 2: Đốt photpho với oxi khơng khí Sản phẩm photpho khỏi lị dạng khí, sau tách khỏi bụi ngưng tụ lại dạng lỏng có màu vàng (photpho vàng) bảo quản nhiệt độ 60 – 800C Sau photpho vàng dẫn vào bình đốt chứa khơng khí nóng để tạo photpho oxit hóa trị Trong tháp đốt photpho lỏng dịng khơng khí nước thổi vào xé tơi thành hạt sương mịn đốt với lượng dư oxi khơng khí Sau sản phẩm oxit chuyển qua công đoạn để tạo acid Page | 33 h Quy trình đốt photpho khơng khí thể thơng qua phản ứng: P4 + 5O2 → P4O10 + 3025kJ Phản ứng đốt cháy photpho khơng khí tỏa lượng nhiệt mạnh Mặt khác, photpho dễ tạo thành mạch polime thẳng vịng nên chế độ nhiệt suốt q trình đốt địi hỏi phải nghiêm ngặt c) Cơng đoạn 3: Ngưng tụ, hấp thụ oxit vào nước, loại bỏ xỉ để tạo sản phẩm acid có nồng độ đạt theo yêu cầu Oxit P4O10 sau tạo thành hấp thu vào hạt nước tháp tháp hình thành Acid Phosphoric sau ngưng tụ lại đưa ngoài, dung dịch acid đưa có nhiệt độ cao khoảng 80 0C Phản ứng xảy tạo acid là: P4O10 + 6H2O → 4H3PO4 + 378kJ Đầu tiên acid hình thành có nồng độ khoảng 80 – 85%, sau làm nguội quay vòng lại làm chất hấp thụ để làm nguội cho sản phẩm hình thành Theo phương pháp acid tạo có nồng độ đậm đặc siêu đậm đặc, sản phẩm có độ tinh khiết cao Trong trình hấp thụ oxit vào nước để tạo thành acid, phản ứng tỏa nhiệt mạnh; nên chế độ nhiệt suốt trình đòi hỏi phải nghiêm ngặt Trong nguyên liệu đầu vào ln có lượng sắt oxit định, nên phần photpho phản ứng với sắt tạo thành ferophotpho nóng chảy chìm xuống đáy lị Dung dịch nóng chảy định kỳ liên tục tháo tùy thuộc vào lò chạy liên tục hay gián đoạn Như vậy, phương pháp hiệu suất thu hồi photpho trung bình đạt khoảng 91%, photpho theo xỉ khoảng 4%, tạo ferophotpho khoảng 3% bay theo khí lị khoảng 2% Page | 34 h Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất Acid Phosphoric phương pháp khơ 2.5 Sơ đồ khói dây chuyền sản xuất phương pháp khô Page | 35 h CHƯƠNG III : CHẤT THẢI VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT I.CÁC CHẤT THẢI KHI SẢN XUẤT VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG Các chất thải Qua hai trình trình bày trên, trình sản xuất Acid Phosphoric liên quan nhiều đến việc sử dụng nhiều loại hóa chất khác nhau, đồng thời tạo số chất thải, gây hại đến môi trường Với phương pháp ( khô ướt ) cho sản phẩm thải khác - Phương pháp Khô :  Bùn phosphogypsum : Sản phẩm phụ tạo trình sản xuất Acid Phosphoric phương pháp khô bùn phosphogypsum Bùn phosphogypsum chứa chất độc hại radium, uranium, kim loại nặng Sản phẩm thường lưu trữ hồ chứa đáy chất lỏng đòi hỏi biện pháp xử lý đặc biệt để giảm thiểu tác động tiêu cực đến mơi trường  Khí thải: Q trình sản xuất Acid Phosphoric phương pháp khô tạo khí thải độc hại CFC, SO 2, CO2, NOx oxit kim loại nặng 3.1 Khí thải từ nhà máy sản xuất Page | 36 h - Phương pháp ướt  Nước thải: Quá trình sản xuất Acid Phosphoric phương pháp ướt tạo nhiều nước thải so với phương pháp khô Nước thải chứa chất hóa học Acid sulfuric, Acid fluoric kim loại nặng Nó gây hại cho môi trường không xử lý cách  Bùn: Quá trình sản xuất Acid Phosphoric phương pháp ướt tạo lượng nhỏ bùn, chứa chất độc hại kim loại nặng radionuclides Các bùn phải xử lý cách trước lưu trữ tiêu hủy  Quá trình sản xuất Acid Phosphoric phát sinh chất thải gồm khí thải chất thải rắn Khí thải chủ yếu HF SiF (trong khí thải thu từ phản ứng H2SO4 với quặng Apatite để tạo H3PO4)  Sản phẩm phụ từ công nghệ thạch cao ( bã gíp CaSO 4.2H2O) đặc biệt ngun liệu đầu vào Apatite cịn thu lượng lớn acid flohyđric (HF) muối natri hexaflorosilicat (Na2SiF6) Page | 37 h Ảnh hưởng chất thải đến môi trường Các chất thải q trình sản xuất Acid Phosphoric phương pháp khơ phương pháp ướt có đặc điểm khác nhau, gây hại đến mơi trường không xử lý cách Những ảnh hưởng chất thải từ sản xuất Acid Phosphoric đến môi trường kể đến :  Với bùn phosphogypsum chứa chất độc hại radium, urani kim loại nặng Khi lưu trữ hồ chứa đáy chất lỏng, chất độc hại bùn rò rỉ vào nguồn nước ngầm bị phát tán qua khơng khí, gây nhiễm mơi trường Hơn nữa, bùn phosphogypsum gây ảnh hưởng đến đất, làm giảm độ phì nhiêu đất, gây hại đến sức khỏe người dân  Nước thải tạo trình sản xuất Acid Phosphoric chứa chất hóa học Acid sulfuric, Acid fluoric kim loại nặng Nước thải ảnh hưởng đến chất lượng nước sông, ao hồ, nước ngầm gây hại đến thực vật ,động vật người Ngoài ra, nước thải gây nhiễm mơi trường giảm chất lượng đất  Quá trình sản xuất Acid Phosphoric tạo khí độc SO 2, CO2, NO2 hợp chất hữu Những khí góp phần gây nhiễm khơng khí tác nhân tượng hiệu ứng nhà kính, mưa Acid Hay khí CFC gây tượng thủng tầng Ozone Sản xuất Acid Phosphoric gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sức khỏe người không quản lý xử lý chất thải cách Do đó, việc quản lý xử lý chất thải quan trọng để giảm thiểu tác động trình sản xuất Acid Phosphoric đến môi trường Page | 38 h II NHỮNG BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI Nhận thấy chất thải có ảnh hưởng lớn mơi trường sinh vật sống Do việc xử lý chất thải vô cần thiết Đi đôi với q trình sản xuất , có nhiều biện pháp để xử lý chất thải từ trình sản xuất Acid Phosphoric giảm thiểu tác động chúng đến môi trường  Tái chế bùn phosphogypsum: Bùn phosphogypsum tái chế sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn làm vật liệu xây dựng phân bón Giúp giảm lượng chất thải sản xuất đồng thời tạo sản phẩm có ích  Xử lý nước thải: Nước thải tạo q trình sản xuất Acid Phosphoric xử lý phương pháp xử lý hóa học, xử lý sinh học, xử lý vật lý kết hợp phương pháp Các phương pháp xử lý nước thải nhằm loại bỏ chất độc hại, tăng khả phân huỷ chất hóa học  Tái chế tái sử dụng chất thải: Nhiều loại chất thải từ trình sản xuất Acid Phosphoric, chẳng hạn bã gíp ( CaSO 4.2H2O ), tái chế sử dụng ứng dụng khác Việc tái sử dụng chất thải giúp giảm lượng chất thải sản xuất, tránh ảnh hưởng đến mơi trường  Xử lý khí thải: Khí thải tạo trình sản xuất Acid Phosphoric xử lý phương pháp trình hấp phụ, xử lý nhiệt kết hợp phương pháp Các phương pháp xử lý khí thải nhằm giảm lượng khí độc hại khí thải giảm tác động đến mơi trường  Quản lý vận hành an toàn: Quản lý vận hành an toàn yếu tố quan trọng để giảm thiểu tác động trình sản xuất Acid Phosphoric đến môi trường Điều bao gồm việc sử dụng quy trình an tồn q trình sản xuất, giảm thiểu lượng chất thải ra, bảo đảm an tồn lao động Tóm lại, việc sản xuất song hành với việc bảo vệ môi trường, có mối liên kết chặt chẽ với Bên cạnh yếu tố trên, cần có nguồn đầu tư trang thiết bị sản xuất, xử lý chất thải , để tăng suất đồng thời đảm bảo an toàn lao động bảo vệ môi trường Page | 39 h CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Acid Phosphoric có vai trị to lớn đời sống cơng nghiệp đại địi hỏi kỹ thuật cao Trong nhiều lĩnh vực công nghệ ln có có mặt Acid Phosphoric, xúc tác cho cá trình xảy Kinh tế ngày phát triển, đời sống người ngày nâng cao ln ln có xu hướng đổi tất lĩnh vực Hóa chất vậy, ngày trực tiếp hay gián tiếp sử dụng cho nhiều lĩnh vực hoạt động khác Đặc biệt acid phophoric có vị trí cao sống chúng ta, len lõi, chen chúc vào sống chúng ta; có mặt lợi riêng góp phần phục vụ nhu cầu người Đứng trước nhu cầu đó, người khai thác sản xuất Acid Phosphoric từ quặng Apatite Ta có phương pháp để sản xuất Acid Phosphoric từ quặng Apatite công nghiệp Dó phương pháp khơ phương pháp ẩm ướt.Nhưng ưu để sản xuất Acid Phosphoric từ quặng Apatite phương pháp ẩm ướt.Tuy nhiều nhược điểm nguyên liệu đầu vào lớn ,nồng độ acid không cao, nồng độ tinh khiết không lớn,thải lượng khí độc HF.Nhưng phương pháp ẩm ướt tối ưu tiêu tốn lượng ,nhiệt độ cung cấp cho phản ứng ko lớn (850 -900C ), hiệu suất phản ứng cao khoảng 98% Acid Phosphoric có tác dụng thế, nhiên trình sản xuất sản sinh chất thải gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà không phỉa nhà sản xuất hay xí nghiệp có điều kiện cơng nghệ để xử lý chất thải q trình sản xuất cách triệt để an toàn cho hệ sinh thái Trái đất Như vậy, trình sản xuất Acid Phosphoric có vai trị to lớn sống, có sức hút to lớn sản xuất Bên cạnh cần có nhiều vấn đề cần quan tâm khắc phục để sản xuất bền vững gắn với sống người Page | 40 h PHỤ LỤC A Phân công thành viên Danh sách thành viên nhóm STT Họ tên MSSV Nhiệm vụ Đinh Hồng Kiên 20221513 Nhóm trưởng; Tìm tài liệu chương I, II Lại Quốc Huy 20221501 Tìm tài liệu chương I, III; Trình bày Word Trần Thị Hồng 20221488 Tìm tài liệu chương II Nguyễn Tiến Hùng 20221495 Tìm tài liệu chương II Lê Huy Hồng 20221481 Tìm tài liệu chương I B Tài liệu tham khảo - Tài liệu A - Tài liệu B … Page | 41 h