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

12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 1 CHNG 4 -SAN XUAT CAC HễẽP CHAT CUA PHOTPHO M U 1. Qung apatit 2. Khoỏng photphoric BI 1 SN XUT AXIT PHOTPHORIC 1. Tớnh cht-ng dng 2. Cỏc phng phỏp snxut BI 2 SN XUT PHN LN 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 2 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% P 2 O 5 , 55,59% CaO, 3,77% F 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 3 Apatit ở Lào Cai có thành phần khá phức tạp, có thể chia thành 4 loại sau: Loại 1: 35% P 2 O 5 chiếm 12,5% Loại 2: 20-26% P 2 O 5 chiếm 45,25% Loại 3: 12 – 18% P 2 O 5 chiếm 42,25% Loại 4: 4-10% P 2 O 5 CƠNG TY APATIT VIỆT NAM Đặctínhkỹ thuậtquặng apatit 18 18 ÷ 22 412H 2 O (%) 3,2 ÷ 40,6 ÷ 12 ÷ 2,52 ÷2,5 Al 2 O 3 (%) 3,5 ÷ 41,5 ÷ 1,71,8 ÷ 21,5 ÷2 Fe 2 O 3 (%) 46 ÷ 5012 ÷ 155 ÷ 88 ÷16 SiO 2 (%) 18 ÷ 2237 ÷ 4040 ÷ 4443 ÷46 CaO (%) 10 14 ÷ 1832 ÷ 3422 ÷ 2432 ÷34 P 2 O 5 (%) Quặng 4Quặng 3 Tinh quặng tuyển Quặng 2Quặng 1 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 4 2. Khoáng photphorit Là khoáng được tạo thành do quá trình trầm tích của caxiphotphat từ nước biển. [xCa 10 (PO 4 ) 6 F 2 + yCa 10 P 5 CO 23 (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 mòn 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 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 5 BÀI 2: SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC 1. Tính chất và ứng dụng 100 110 114,1 115,8 117,1 121,9 H 3 PO 4 P 2 O 5 72,4 79,8 82,7 83,9 84,9 88,4 3:1 2:1 1,66:1 1,5:1 1,4:1 1:1 Octophotphoric (H 3 PO 4 ) Polyphotphoric (H 4 P 2 O 7 ) Tripolyphotphoric (H 5 P 3 O 10 ) Tetrapolyphotphoric (H 6 P 4 O 13 ) Pentapolyphotphoric Metaphotphoric (HPO 3 ) 4 Hàm lượng %Tỷ lệ H 2 O:P 2 O 5 Tên axit H 3 PO 4 + H 2 O ⇔ H 3 O + + H 2 PO 4 - K 1 = 7,52.10 -3 H 2 PO 4 - + H 2 O ⇔ H 3 O + + H 2 PO 4 2- K 2 = 6,31.10 -8 H 2 PO 4 2- + H 2 O ⇔ H 3 O + + H 2 PO 4 3- K 3 = 2,2.10 -13 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 6 ứng dụng: Axit photphoric Canxi photphat Phân bón Thuốc đánh răng Thức ăn gia súc Xi măng trắng Photphat hóa Phân bón: NP,NPK Natri photphat Làm mềm nước Chất cảm quang Chất chống cháy 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 7 2.1 Sản xuất axit photphoric bằng phương pháp nhiệt Cơsởquátrìnhthănghoaphotpho Quá trình thăng hoa photpho xảy ra các phản ứng sau: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 5C → P 2 + 5CO + 3CaO - 413Kcal (1) 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 2Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 15C + 6SiO 2 → 3P 2 + 15CO + 3Ca 3 Si 2 O 7 + CaF 2 (2) 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 8 Quá trình oxi hóa và hấp thu tạo axit photphoric P 4 + 5O 2 → P 4 O 10 P 4 O 10 + 2H 2 O→ 4HPO 3 HPO 3 + H 2 O→ H 3 PO 4 Axit thu được có 85 – 86% H 3 PO 4 tức 61,6 – 62,3% P 2 O 5 Quá trình thăng hoa photpho xảy ra các phản ứng phụ: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 8C → Ca 3 P 2 + 8CO Ca 3 P 2 + 6C → CaC 2 + P 2 4Fe 2 O 3 + 12C + P 4 → 12CO + 4Fe 2 P 2CaF 2 + SiO 2 → 2CaO + SiF 4 3SiF 4 + 3H 2 O → 2H 2 SiF 6 + H 2 SiO 3 Các yếu tố làm tăng tốc độ phản ứng 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 9 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 10 [...]... 43 ÷46 40 ÷ 44 37 ÷ 40 18 ÷ 22 SiO2 (%) 8 16 5÷8 12 ÷ 15 46 ÷ 50 Fe2O3 (%) 1, 5 ÷2 1, 8 ÷ 2 1, 5 ÷ 1, 7 3,5 ÷ 4 Al2O3 (%) 2 ÷2,5 2 ÷ 2,5 0,6 ÷ 1 3,2 ÷ 4 H2O (%) 12 4 18 ÷ 22 18 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 22 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 23 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 24 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 25 ... H+ từ bên trong dung dòch đến bề mặt hạt photphat 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 12 H2O 20 20 40 40 60 60 80 80 H2SO4 12 /7/2 010 20 40 60 604005 - Chuong 4 - Bai 1 80 H3PO4 13 Mức độ phân hủy, % 5 4 3 2 1 Mức độ phân hủy, % Nồng độ H2SO4, % 60 12 0 18 0 240 300 360 phút 1- 500C 4 – 800C 12 /7/2 010 2- 600C 5 – 900C 604005 - Chuong 4 - Bai 1 3- 700C 14 Tốc độ quá trình phân hủy apatit sẽ tăng lên trong... axit photphoric lớn và năng suất lọc của quá trình thấp nên phương pháp này không được sử dụng trong thực tế 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 20 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 21 CƠNG TY APATIT VIỆT NAM Đặc tính kỹ thuật quặng apatit Quặng 1 Quặng 2 Tinh quặng tuyển Quặng 3 Quặng 4 P2O5 (%) 32 ÷34 22 ÷ 24 32 ÷ 34 14 ÷ 18 10 CaO (%) 43 ÷46 40 ÷ 44 37 ÷ 40 18 ÷ 22 SiO2 (%) 8 16 5÷8 12 ÷ 15 46... sulfat % %P2O5 Độ tan của canxi sunfat theo nồng độ axit ở 250C 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 %P2O5 Độ tan của canxi sunfat theo nồng độ axit ở 800C 15 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 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 16 Phản ứng tổng quát của quá trình phân hủy: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4... H3PO4 nồng độ 3 0-3 5%P2O5 ở 6 0-8 00C Sự kết tủa hemihydrat trong điều kiện điều chế axit H3PO4 nồng độ 4 2-4 8%P2O5 ở 8 5-9 50C Sự kết tủa anhydric trong điều kiện điều chế axit H3PO4 nồng độ 47%P2O5 ở 10 5 -1 18 0C 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 17 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... trì tỷ lệ L:R L : R = 2,5 :1 – 3,5 :1 Kích 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 20 0-4 00μm, rộng 10 0-2 00 μm Nhược điểm của Phương pháp dihydrat Axit photphoric thu được có nồng độ thấp : với tinh quặng apatit 26 – 32% P2O5 với photphorit 2 3-2 6% P2O5 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 18 b Quá trình hemihydrat... nH3PO4 → (3+n)H3PO4(L) + 5CaSO4.pH2O(R) + HF(K) 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 11 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 + 2PO4 3- → RPO4↓ + 3SO43b Tốc độ phản ứng Bản chất của quá trình phân hủy apatit bằng axit sunfuric...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 1, 5 – 3% SO3 0,3 – 2%Fe2O3 0,5 – 1% Al2O3 ≤ 0,4% CaO ≤ 3% MgO 0,4 – 1, 8% H2SiF6 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) + 10 5,9 Kcal Ca5(PO4)3F... trong dung dòch khoảng 26%flo Vì vậy có thể thu được axit photphoric có độ tinh khiết cao hơn và hệ số sử dụng flo ở dạng khí cũng cao Ưu điểm của Phương pháp hemihydrat Điều chế axit photphoric có nồng độ cao hơn tức là cho phép giảm đi thể tích của các thiết bò chủ yếu (thiết bò phản ứng, thiết bò lọc) 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 19 c Quá trình anhydric Do thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao... 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 18 b Quá trình hemihydrat Nhiệt độ phản ứng khoảng 900C và nồng độ axit photphoric 42 – 48% P2O5 đối với tinh quặng apatit và 38 – 42% P2O5 đối với khoáng photphorit tuyển nổi Quá trình hydat xảy ra khi giảm nhiệt độ: CaSO4.0,5H2O + 1, 5H2O → CaSO4.2H2O Nồng độ ion SO4 2- trong quá trình này nhỏ hơn so với quá trình dihydrat vì vậy tinh thể hemihydrat có kích thước lớn nên . ứng dụng 10 0 11 0 11 4 ,1 115 ,8 11 7 ,1 1 21, 9 H 3 PO 4 P 2 O 5 72,4 79,8 82,7 83,9 84,9 88,4 3 :1 2 :1 1,66 :1 1,5 :1 1,4 :1 1 :1 Octophotphoric (H 3 PO 4 ) Polyphotphoric (H 4 P 2 O 7 ) Tripolyphotphoric. H 2 SiO 3 Các yếu tố làm tăng tốc độ phản ứng 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 9 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 10 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 11 2.2. Sản xuất axit photphoric. 7,52 .10 -3 H 2 PO 4 - + H 2 O ⇔ H 3 O + + H 2 PO 4 2- K 2 = 6, 31. 10 -8 H 2 PO 4 2- + H 2 O ⇔ H 3 O + + H 2 PO 4 3- K 3 = 2,2 .10 -1 3 12 /7/2 010 604005 - Chuong 4 - Bai 1 6 ứng dụng: Axit photphoric Canxi photphat Phân