nghiên cứu sản xuất axít photphoric từ quặng apatít lao cai bằng phương pháp trích li

t I ;.v ( BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN TRẦN THỂ HỒ NGHIÊN C ú n SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC T QUẶNG APATIT LAO CAI BANG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LI LUẬN ÁN THẠC s ĩ KHOA HỌC HỐ HỌC CHUN NGÀNH : HOẢ VƠ c MẢ s ó : - 04 - 01 ỊÕĨHOC C J O r G1A MÀ NOI Ã ' TRWii; ị - lv , ĩ n i n ■T IN THU VIỆN V - le /lệ ỗ 'ớ !>ô. -~.A iX ởđây:R-,0 =NaoO,KoO;RO=CaO, M gO ,FeO ; R^0 3=Feo0 3,Al 20 3; lim onit(2Feo0 3.3H",0); pyrit(FeS>); dolom it[(C a,M g)C 03] ; đất sét v.v III.PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC 1.Phương pháp nhiệt [1,6,13,14,17,18,19] 1.1.Sản xuát photpho Nung hỗn hợp quặng photphat với than S i0 í°=i.40CM-1600oC lị điện theo phản ứng : 2Ca 3(P 4)2 + S i0 + 10C = P4 + ÌOCO + C aS i0 - 730,7kcal N goài ra, xẩy phản ứng phụ t°>1600°c có dư cacbon : CcỊịCPO^)'* + 8C —8CO + Ca 3P2 F e 20 + C = F e + C O C a C = CaO + C 2C aF + S i0 = SiF + 2CaO M ức độ khử Ca 3(P 4)o tảng lên tăng lượng cacbon tăng tỉ lệ SiO ^C aO phối liêu S i0 đóng vai trị chất trợ dung, làm giảm nhiệt độ nóng chảy phối liệu nung, nhờ kết hợp với CaO tạo thành canxisilicat dễ nóng chảy làm chuyển dịch cân vế phía tạo thành photpho Để ngăn ngừa việc thăng hoa silic làm bẩn sản phẩm photpho, tỉ lệ phối liệu thường khống chế: Si02 /C a = ,8-Ỉ-1 Nếu quặng photphat chứa lượng S i0 nhỏ so với lượng cần thiết, phải bổ sung thêm cát thạch anh Cacbon đưa vào phối liệu thường dạng than cốc, than đá than antraxit theo lượng 110-ỉ-120% so với lượng tính tốn lí thuyết Kích thước than quặng photphat phối liệu thường có cỡ hạt d=5-ỉ-25 mm K hí thu sau nung qua lọc điên để tách tạp chất học, sau làm lạnh để ngưng tụ photpho lỏng 1.2.Đốt cháy phoỉpho Đ ốt cháy photpho lò sứ hay sành chịu axit theo phản ứng : P + = P4O 10 + Q Đ ể phản ứng đốt cháy thực hồn tồn,thì cần trì nh iệt độ t°=500-í-700oC dùng m ột lượng dư khơng khí 25% so với lượng tính tốn lí th u y ết 1.3 H ấ p thụ P 20 K hí thu giai đoạn đốt cháy photpho nước hấp thụ tháp hấp thụ theo phản ứng : P 4O 10 + H 20 = H 3P A xit photphoric thu thường có nồng độ 85h-90%H3P04 Trong thiết bị dại, việc đ ỡ t chây photpho h íp thụ P2O s dưọc thực m ột thiết bị: dổt cháy photpho ệ phần hấp thụ p 20 phần thiết bị A xit photphoric sản xuất phưong pháp nhiệt có độ tinh kh:ft cao, nhung tiêu hao lượng điện nàng r í t lớn 13.OOiM5.8X) K W h/T.photpho, giá thành sản phẩm cao Vì vậy, thực tế a t photphoiic sản xuất phương pháp nhiệt ứng dụng traig Các viện nghiên cứu, phịng thí nghiệm thương nụi Cõn axit photphoric sử dụng để sàn xuất phân bón hố học, mrói photphat thường sử dụng axit photphoric sàn xuất phương phíp trích li 2.phương pháp trích li [1,7,8,10,11,16,19] Phương pháp trích li phương pháp dùng axit vô co n h H 2S04, H Q , H N O j để phân huỷ quặng photphat V iệc sử dụng H CI.H N O có nhưạc điểm tạo thành CaCl2> C a(N 3)2 khứ tách k ỏ H 3PO 4.VI hi tliê.trong công nghiệp thường sử dụng H 2S0 để phân hu y quậig photphat theo phản ứng: C a 5F (P 4)3 + 5H 2S + 5nH20 = 3H 3P + 5C aS0 4.nH20 + H F + Q m giá trị n C aS 4.nH20 khác Từ hìnlì thàih phương pháp khác : n —0 t > 110 c , [H 3PO 4] > 50% P20 gọi phương p h p kihaiCaS n = 1/2 t° < 100°c , [H 3P 4] = % P 20 gọi phương pháp hêm ihyđrat- C aS 1/2 H 20 n = t° < 80°c , [H 3PO 4] < 32% P20 gọi phương pháp đihyđrat-C aS 4.2Ho0 2.1.Cơ sở hố lí 2.1.1.Q trình hố học Để đảm bảo cho độ linh động bùn phản ứng,tạo điều kiện cho việc khuấy trộn vận chuyển dễ dàng, phân huỷ quặng photphat axit, cần phải trì tỉ lệ L/R=3+4 Để đạt tỉ lệ đó, bùn phản ứng trộn với dung dịch axit photphoric loãng thu sau rửa sản phẩm C aS nước N hư vậy, quặng photphat p h n h u ỷ b ằ n g h ỗ n h ợ p a x i t H 0S O v H P t h e o p h ả n ứ n g : Ca 5F(P 4) 3+ H 2S0 4+m H 3P0 4+ nH 20 =(m + )H 3P 4+ CaS 4.nH 20 + HF+Q Trong trường hợp quặng photphat trộn trước với nước rửa C aS 4, sau cho H-,S0 vào, phản ứng thực theo hai bước : C a 5F ( P 4) + m H 3P 4= C a ( H 2P 4) 2+ ( m - ) H 3P ( V H F 5Ca(H 2P 4) 2+5H 2S 4+5nH 20 = H 3P 4+5C aS0 4.nH20 Đồng thời tạp chất có quặng bị phân huỷ theo phản ứng CaC03 + H2S04 = CaSỌị + C 02 + H20 M g C + H 2S = M g(H 2P 4)2 + C + H20 R 20 + 6H 3P = 2R(H 2P 4)3 + 3HoO (R=Fe,A l) R20 + 2H3P0 4= 2RPO4 + 3HọO (R=Fe,Al) SiOo + 4H F = SiF + 2HoO * T ú SiF + 2HF = H 2SiFó 2.1.2.TỐC độ phân huỷ quặng phoỉphat Phản ứng phàn huỷ quặng photphat với H 2S có m ặt H 3P , d ả n đ ô n t c d ụ n g c ủ a i o n H + v i i o n P 43' t r o n g q u ặ n g p h o t p h a t tạo thành axit photphoric phân li, ion S 42‘ liên kết với ion Ca2+ quặng photphat tạo thành C aS Phản ứng thực điều kiện thích hợp, khơng tạo thành màng C aS0 bao bọc hạt quặng photphat Trong điếu kiện khác việc tạo m àng C a S bao bọc hạt quặng photphat làm giảm tốc độ phàn huỷ quặng photphat V iệc nghiên cứu thực nghiêm vể tốc độ trình phân huỷ quặng photphat hỏn hợp H 0SO H 3P khó khăn, tính phức tạp hệ tao thành Việc phân huỷ quặng photphat hỗn hợp axit bị giới hạn tốc độ khuyếch tán ion H+ từ dung dịch đến bề m ặt hạt quặng photphat ion Ca2+ từ bề m ặt hạt quặng vào dung dịch Trong khu vực axit photphoric tạo thành cố nồng độ cao,thì độ nhớt cửa dung dịch axit photphoric tăng đáng kể Điều làm giảm tốc độ khuếch tán ion làm giảm tốc độ phàn huỷ quặng photphat N hư nồng độ ion H+ độ nhớt dung dịch yếu tố định tốc độ phân huỷ q u ặ n g p h o t p h a t t r o n g h ỗ n h ợ p H ^ S v H 3P O Tốc độ phân huỷ quặng photphat H 2S phụ th u ộ c v o h oạt đ ộ c ủ a ion C a S M ức độ phân huỷ H +, m c ò n quặng vào độ bão hoà photphat t°= °c, tỉ lệ L/R=4/1,i=30h-60 phút vào nồng độ H 0SO biểu diễn đ n g c o n g c ó hai c ự c đ i % B , S v 6 % H ^ S 4, m ộ t c ự c tiểu 45% H-,S04 Tuy nhiẻn có m ặt H 3PO hỗn hợp axit, 31 Bảng Anh hưởng nồng độ H2S đến hiệu suất phân huỷ quặng apatit % h 2s o 20 g/1 H 3P04 184,2 25 30 35 40 45 223,4 247 231,3 207,8 150 Từ kết thực nghiêm, xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ nồng độ H 3PO thu nồng độ H 2S sử dụng để phân huỷ quặng apatit sau : Hình Quan hệ nồng độ H 3PO thu nồng độ HoS0 sử dụng để phân liuỷ quặng apatit Trên sở thực nghiệm làm , có nhận x é t : Phân huỷ quặng apatit bằne, H 0SO nồng độ 30% thu H 3P sản phẩm có nồng độ cao (247 g/l H3PO4) Sau khảo sát m ột số thực nidũệm phân huỷ quặng apatit điều kiện nồng độ 30% H ^S04 Dung dịch H 3P sản phẩm thu đein chuẩn NaOH 0,1N, đọc Vpp = 6,25 ml Kết tính : 246 g/1 H 3P 160 g/1 H 2S 32 Từ kết thực nghiêm cho thấy: Phân huỷ quặng apatit H-,S0 thu H 3P trích li có nồng độ thấp 246g/l H 3P (15,5% P^05) M ặt khác, hàm lượng H 2S H 3P lớn (lốO g/l HUSỌị) Vì vậy, khơng nên sử dụng riẻng H-,S0 để phân huỷ quặng apatit sản xuất H 3P trích li, m cần phải sử dụng hỗn hợp h 2s o h 3p o Phàn huỷ quặng apatỉt hỗn hợp H2SO4 H3PO4 Phàn huỷ 100 gam quặng apatit 34,2 %P 20 100 gam H 2S 98% 300 gam dung dịch H 3PƠ chứa 20% P 20 t°=70+80°c , T = 4-r5 giờ, sau đem lọc chân khơng, rửa phân tích hàm lượng H 3P , H 2S : + Nước lọc (H 3P sản phẩm ) đem chuẩn NaOH 0,1N theo thị metyl đỏ fenolftalein, thể tích NaOH chuẩn tiêu tốn Vpp = 12,9ml, V M R-Vpp= 1,75 m l K ết tính : 507g/l H 3P 34,5 g/1 h 2s o + Nước rửa (dùng ml nước để rửa) đem chuẩn NaOH 0,1N theo thị m etyl đỏ fenolftalein, thể tích NaOH tiêu chuẩn tiẻu tốn Vpp = 7,9 m l, V M R-Vpp= 2,65 m l K ết tính : 312g/l H 3P 52,5 g/1 H2S Nước rửa thu sử dụng để phân huỷ quặng apatit với H 2S điều kiện trên, sản phẩm thu đem phân tích: + Nước lọc (H 3P0 sản phẩm) đem chuẩn NaOH 0,1N theo thị metyl đỏ fenolftalein, thể tích NaOH chuẩn tiêu tốn Vpp = 13,2 m l , VM - Vpp = 1,3 m l K ết tính : 517 g/1 H 3P 25 R g /1 h 2s o 33 + Nước rửa (dùng 12CH130 ml nước để rửa) đem chuẩn N aO H , 1N theo thị m etyl đỏ fenolftalein, thể tích NaOH chuẩn tiêu tốn Vpp = 7,9 m l , V M - Vpp = 2,4 m l K ết tính R : 312 g/1 H 3P 47,5 g/1 H 2S N hư vậy, sử dụng nước rửa có chứa H 3P để phân huỷ quặng apatit với H2S04 kết thu H3PO4 sản phẩm có nồng độ > cao nồng độ H 2S có H 3P sản phẩm thấp M ặt khác, lượng H 2S tiêu tốn so với phương pháp sử dụng H 3P nồng độ 20% P 20 H 2SO4 để phân huỷ quặng apatiL Vì vậy, chúng tơi định nghiên cứu sản xuất axit photphoric trích li theo hướng Chúng nghiên cứu khảo sát m ột số điều kiện kĩ thuật để ứng dụng vào sản xuất sau đây: 2.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng P h â n h u ỷ 0 g a m q u ặ n g a p a t i t , % P 2O s b ằ n g g a m H - , S 98% 320 gam nước rửa nồng độ 19-5-20%B,05 , nhiệt độ t°=60, 65, 70, 75, 80 85°c , X = 4+5 giờ, sau đem lọc chân khơng, rửa phân tích hàm lượng H 3PO 4: Đem chuẩn H 3PO sản phẩm NaOH 0,1N theo thị metyl đỏ fenolftalein, thể tích NaOH chuẩn tiêu tốn Vpp = 11,5; 12,2; 12,8; 13,2; 13,3 13,3 ml K ết tính : , ; , ; , ; , ; , v , g/1 H 3P Ơ K ế t q u ả t h ự c nghiêm thống kê bảng Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phân huỷ quặng apatit t°c 60 65 70 75 80 85 g/1 h 3p o 450,8 478,2 501,7 517,4 521,3 521,3 34 Hình Quan hệ nồng độ H 3P thu nhiệt độ phân h u ỷ q u ặ n g apatit T đ thị c ó n h ậ n xét: p h ả n ứ n g p h â n h u ỷ q u ặ n g a p a tit n ô n thự c nhiệt độ t°=75-r80°c , điểu kiện nhiệt dộ nồng độ axit photphonc sản phẩm thu cao nhất; M ặt khác, tốc độ ăn mòn t h i ế t b ị n h ỏ [ lơ n s o v i p h â n h u ỷ nhiệt độ t°=85°c 2.2 Kháo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/R P h n l i u ỷ 0 g a m q u ặ n g a p a t i t , % P 2O s b ằ n g , , , 80, 90 gam HnS0 98% 160, 200, 240, 280, 320, 360 gam nước rửa nổng dộ 19-ỉ-20%P20 , t°= 75 -7 80°c , X = 4-Ỉ-5 giờ, sau đem lọc chân khơng, rửa phân tích hàm lượng H 3PO 4: Đ em chuẩn H 3P sản phẩm NaOH 0,1N theo thị metyl đỏ fenolftalein, thể tích NaOH chuẩn tiêu tốn K ế t q u ả tính d ợ c Vpp= 11,5; 12,1; 12,8; 13,2; 13,3 12,7 mi : 45 ,8 ; ,3 ; 50 ,7 ; 51 ,4 ; ,3 H 3PO K ết thực nghiêm thống kô bảng ,8 g/1 35 B ả n g A n h h n g c ủ a tỉ l ệ L / R đ ế n h i ệ u s u ấ t p h â n h u ỷ q u ặ n g apatit 2,5 3,5 4 ,5 450 ,8 ,3 ,7 ,4 ,3 ,8 L /R g/1 h 3p o T k ế t q u ả thực n g h i ệ m , x â y d ự n g đ thị b iể u d iễ n m ố i q u an hộ g i ữ a n n g đ ộ H 3P t h u đ ợ c v tỉ l ệ L / R n h s a u : H ìn h Q u a n h ệ g i ã n n g d ộ dụng để H3PO4 t h u đ ợ c v tỉ l ệ L / R s phùn huỷ quặng apatit T đ thị c ó n h ậ n x é t: p h ả n ứ n g p h â n h u ỷ q u ặ n g apatit n ồn thực tỉ lệ thu dược L /R = 3,5-r4, tỉ lệ nồng độ axit photphoric sản phẩm cao 2.3 Khào sát ảnh hưởng thời gian phản ứng P h â n l i u ỷ 0 g a m q u ặ n g a p a t i t , % P 20 b ằ n g g a m H 2S 98% gain nước rửa n n g đ ộ - Ỉ - % P X ) , t ° = 75-5- c c thời g ian p h ả ứ n g k h c T = 80°c , 1, , , , v g i , s a u đ ó đ e m lọc chân khơng, rửa phân tích hàin lượng H3PO4 Đem chuẩn H3PO4 sản phẩm bàng NaOH 0,1N theo thị m etyl đỏ fenolftalein, thể t í c h N a O H c h u ẩ n t i ê u t ố n l Vpp = , ; , ; , ; , ; , v , 36 ml K ết tính được: 423,4; 474,3; 501,7; 517,4; 521,3 525,3 g/1 H 3P Kết thực nghiệm thống kê bảng Bảng Ánh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất phân huỷ quặng apatit T, h g/1 h 3p o 423,4 474,3 501,7 517,4 521,3 525,3 Từ kết thực nghiệm , xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ nồng độ H 3P thu thời gian phản ứng sau: Hình Ouan hơ nồng độ H 3P thu thời gian phản ứng phân huỷ quặng apatit Từ đồ thị có nhận xét: Phản ứng phân huỷ quặng apatit nên thực thời gian T = 44-5 giờ, thời gian nồng độ axit photphoric sản phẩm thu đạt yêu cầu Mặc dầu, thời gian T = nồng độ axit photphoric sản phẩm thu có cao hơn, suất thiết bị giảm 37 độ axit photphoric sản phẩm thu có cao hơn, nãng suất thiết bị giảm Trên sở nghiẻn cứu khảo sát điều kiện: N hiệt độ, tỉ lệ L/R thời gian phản ứng phân huỷ quặng apatit Lao cai Chúng tiến hành m ột số thực nghiêm t°=75-i-80oC , tỉ lộ L/R=3,7 thời gian phản ứng X = 44-5 giờ, sau đem lọc , rửa , phân tích hàm lượng H3PO4 , H2S04 H2SiF6 axit photphoric sản phẩm: + Nước lọc (H 3P sản phẩm) đem chuẩn NaOH 0,1N theo thị m etyl đỏ fenolftalein, thể tích NaOH chuẩn tiêu tốn Vpp = 13,2 m l , V M - Vpp = 1,3 m l Kết tính : 517 g/1 H 3P 25 R g /1 h 2s o + Nước rửa (dùng 120+130 ml nước để rửa) đem chuẩn NaOH 0,1N theo thị metyl đỏ fenolftalein , thể tích NaOH chuẩn tiêu tốn Vpp= 7,9 m l , VM - Vpp - 2,4 m l K ết tính : R 312 g/1 H3PO4 47,5 g/1 H2S0 + X ác định hàm lượng HoSiF6 hoà tan axit photphoric sản phẩm: Bằng phương pháp phần tích thể tích tương tự xác định hàm lượng flo quặng apatit, thể tích T h (N 3)4 0,01N tiêu tốn 3,7 ml Kết tính 2,1% F, từ suy %H 2SiF = ĩ.% ¥ (f-hộ số chuyển đổi) = 1,26 2,1 = 2,65, tính chuyển đổi sang nồng độ g/1 H2 6= 27,0 SiF N hư vậy, thành phần chủ yếu axit photphoric sản phẩm: 517 g/1 H 3P (30 %P 2Os); 25g/l H 2S ; 27 g/1 H 2SiF nước rửa bã thải-C aS 4.2H 20 : 312g/l H 3P 4(20 %P 20 5) 47,5g/l H 2S M ặt khác, H3PO4 sản phẩm thu sạch, không màu 38 X ác định thàn h phần bã thải (C a S 4.2 H 20 ) X ác đ ịnh độ ẩm Cân 10 gam photpho-thạch cao sau lọc, rửa, sấy t°=50-ỉ-60oC tới trọnglượng khơng đổi, để nguội bình hút ẩm, đem cân 6,5 gam , suy 3,5 gam H20 độ ẩm 35% H 20 3.2 Xác định lượng nước kết tinh Cân 10 gam bã thải sau đ ã sấy, nung t°=200-*-250°C khoảng l giờ, làm lạnh bình hút ẩm , đem cân 7,85 gam C aS , từ suy lượng nước kết tinh 2,15 gam Từ có nhận xét, phân huỷ quặng apatit hỗn hợp HoS0 nước rửa có chứa H 3P sau lọc, điều kiộn thực C aS kết tinh dạng hai nước-C aS0 4.2ĩi->0 V ì, kết tinh dạng khan sau nung khơng có nước tách ra, k ết tinh dạng nửa nước lượng nước tách nhỏ (khoảng 5-ỉ-ố gam 100 gam bã thải) 3.3 Xác định hàm lượng C aS04 Bằng phương pháp phân tích trọng lượng tương tự phân tích hàm lượng CaO quặng apatit, cân khối lượng kết tủa sau nung 0,0485 gam K ết tính được: 38,9%CaO %CaS04 = M C 04/MCa0.CCa0 = f-Cca0 = 2,43-Cqjo aS %CaS04 = 2,43 38,9 = 94,ố 3.4 Xác định hàm lượng P2Os khơng tan cịn lại C aS04 D ùng nước nóng rửa lại C a S 4.2H«,0, sau phương pháp phân tích trọng lượng tương tự phân tích hàm lượng p 20 quặng apatit, cân khối lượng k ết tủa sau nung 0,0045 gam K ết tính được: 2,25% P20 39 3.5 Xác định hàm lượng p20 hoà tan C aS04 Bằng phương pháp phân tích thể tích tương tự phân tích nồng độ H 3P axit phophoric sản phẩm , thể tích NaOH 0,1N tiêu tốn 0,5 ml Kết tính 18 g/1 H 3P0 (1,5% P 20 5) N hư vậy, từ phân tích thực nghiệm , xác định thành phần bã thải sau: C aS kết tinh dạng hai nước-C aS0 4.2H 20 , độ ẩm 35%H->0, hàm lượng C aS ,6% C aS 04, hàm lượng p 20 khơng tan cịn lại C aS 2,25% P20 5, hàm lượng P 2O s hoà tan C aS 1,5%P 20 Xác định tỉ ỉệ L/R bùn phản ứng Sau thực phản ứng, bùn phản ứng đem lọc chân không, cân khối lượng nước lọc (axit photphoric sản phẩm ) bã thảiC aS 4.2HoO Kết thu được: 195 gam nước lọc 97 gam photpho thạch cao, suy tỉ lệ L /R = /l, có nghĩa dung dịch axit photphoric sản phẩm chiếm 70% photpho thạch cao chiếm 30% khối lượng bùn phản ứng m TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ [2,5,7,10,11,12] Phản ứng phân huỷ quặng apatit H 2S nước rửa C aS 4.2H 20 (19-Ỉ-20 %P 20 5): Ca 5F (P 4)+5H 2S 4+4H 3P 4+10H 20 = 7H 3P 4+ 5C aS 4.2H 20+H F+ Q Từ kết nghiên cứu thực nghiệm thành phần quặng apatit Lao cai: 34,2% P,O s; 45,6% C aO ; ơ,5% M gO ; 3%F; 10% Si02; 4% (Fe 20 3+ A L 3); 1%H 20 , thành phần axit photphoric sản phẩm: 30% P20 5(41% H 3P 4); 25g/lH 2S 4, thành phần bã thải: C aS0 4.2H 20 ; 35% ẩm 65% rắn, tỉ lộ L/R bùn phản ứng thu được: 30% trọng lượng pha rắn (C aS 4.2 I i,0 ) 70% trọng lượng pha lỏng(axit 40 photphoric 30 % B ,0 5) Tính tốn cơng nghệ cho qúa trình sản xuất (tính cho P2Os) sau: Tính cân chất cho giai đoạn phản ứng + Lượng quặng apatit tiẻu thụ: 10.000 p = -= -= kg %p20 X 34,2 92,5 đây: P- lượng quặng apatit (kg) %PnOs- hàm lượng P 2O s quặng apatit (%) X- hiệu suất phân huỷ quặng ap atit(% ).x = (3 + l *5)100/34,2=92,5% Trong cố: 1.081 kg P 2O s; 1.441,5 kg CaO; 15,8 kg MgO; 94,8 kg F; 316,1 kg S i0 2; 126,4 kg R20 (R=Fe,Al); 31,6 kg H20 + H 3P sản phẩm 30% P20 5(41% H 3P 4-517g/lH 3P 4), khối lượng riêng 1,27 kg/dm Thể tích axiựtấn P2O s = 1000/517 =1,923 m Trọng lượng axit / P 2O s = 1,923*1270 = 2.442,3 kg + Photphat kim loại M g(H 2P 4)2 = 218*15,8 / 40 = 86 kg (=86*142/218=56 kgP 20 5) Fe(H 2P 4)3= 347*ố3,2/160= 137 kg (=137*142/347=56 kg P 2Os) A1(H2P 4)3=318*63,2/102=197 kg (=197*142/318=88 kg P 2Os) Tổng lượng photphat kim loại 420 kg hay 200 kg P2O s đây: M Mg(H2P04)2 = 218; M Fe(H2P04)3= 347; Mp205:=142; M A1(H2P04)3 = ; M Mg0 = ; M Fc2O3= ; + Bã thải C aS 4.2H 20 I 41 McaS04 136 C aS = G qjq = 1.441,5 - =3.501 kg M 56 qjq M caS 04.2H 20 172 C a S 4(khô) = GqjS04 -= - = 4.427,8 kg McaS04 136 4.427,8 C aS 4(ướt) = - = ố.818,8 kg 0,65 + Lượng H 2S tiêu thụ: 98 H iS photpho thạch cao = 3.501 = 2.522,8 kg 136 H ^S0 H 3PO = 53,8 kg H 2S 100% = 2.576,6 kg H 2S 98% = 2.629,2 kg H 20 H 2S = 52,6 kg + Bùn phản ứng: 14.759,3 kg, có 10.331,5 kg H 3P 4.427,8 kg bùn khơ + H 3P tuần hồn: Bùn phản ứng + khí = Q uặng apatit + H 0SO + H 3P 4th H 3P 4th = 14.759,3 + 19 - 3.161- 2.629,2 = 8.988,1 kg đây: H 3P 4th- axit photphoric tuần hồn Từ kết tính tốn trẻn, lập bảng cân chất cho giai đoạn phản ứng sau: 42 V ât liêu vào • TT Tẽn vât liêu • Quặng V ật liệu • • K g/t.P 2O s apatit TT Tên vật liệu ,0 H3P 430% P20 H ,S 98% 2.629,2 CaS04.2H^0 H 3P O t h o n 8 ,1 Tổng cộng 14 7 ,3 Khí flo K g / t P 2O s 10.331,5 4 ,8 19,0 Tổng cộng 14.778,3 Tính cân nước cho giai đoạn lọc,rửa 2.1 Nước vào + Nước H 2S =52,6 kg + Nước hoá học = 99,0 kg + Nước quặng apatit =31,6 kg + Nước rửa bùn = X kg Tổng lượng nước vao = (183,2 + x) ke 2.2 Nước + Nước H 3PO 30% Po05 = 1.062 kg + Nước hyđrathoá = 894,5 kg + Nước trone bùn phản ứng = 2.391,0 kg T ổ n e lư ợn g n c = ,5 k g Từ cân nước suy lượng nước rửa bùn X = 4.164,3 kg Từ tính tốn cơng nghê, xác định tỉ lệ L/R=3,67 lượng nước cần thiết để rửa C a S 4.2H ^0 1,32 kg H20 cho kg quặng apatit Từ kết thực nghiệm , xác định tỉ lệ L/R=3,7 lượng nước cần thiết để rửa C a S 4.2H-,0 1,25 kg H ^o cho kg quặng apatit Như vậy, so sánh kết tính tốn cơng nghệ với kết thực nghiệm phù hợp- 43 PHẨN KẾT LUẬN • Dựa sở kết khảo sát thực nghiêm phân huỷ quặng apatit Lao cai hỗn hợp HoSỌị 98% nước rửa photpho thạch cao 20 %Pn05 , kết hợp với tính tốn cơng nghệ Chúng tơi có nhận xét rằng, để sản xuất H 3P từ quặng apatit Lao cai phương pháp trích li đihyđrat- kết tinh C aS dạng hai nước (CaSC)4.2HoO), giai đoạn phân huỷ quặng cần phải thực điểu kiện kĩ thuật: t°=75-f80°c , tỉ lệ L/R= 3,7 , T = -r Khi thực điều kiên kĩ thuật đó, axit photphoric sản phẩm thu khơng có màu có thành phần chủ yếu: 30 %P 7O g ; 25g/l H 2S ; 27 g/1 H 2SiFố Lượng nước rửa C aS 4.2H o0 tiêu hao 125 gam cho 100 gam quậng thành phần chủ yếu nước rửa: 20 %P^Os ; 47 g/1 H 0SO4 N hư vậy, việc sử dụng nước rửa C aS 4.2HoO để phân huỷ quặng apatit có lợi, giảm lượng HoS0 tiêu hao, tiết kiệm nguyên liệu, axit photphoric sản phẩm thu đảm bảo yêu cầu sử dụng M ặt khác, so sánh kết tính tốn cơng nghệ với kết khảo sát thực nghiêm phù hợp Vì vậy, kết thực nghiệm ứng dụng để phân huỷ quặng apatit Lao cai sản xuất H 3P trích li theo phương pháp đihyđrat 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO « I TIẾNG VIỆT N g u y ễ n A n - K ĩ t h u ậ t p h â n k h o n g - Bộ m ơn hố vơ cơ- Đại h ọc B ách khoa H nội- 1973 V I.PEREN M A N - sổ tay hoá học- N hà xuất khoa học kĩ thuật Hà nội- 1972 Hoàng N gọc Cang, H oàng N hâm - H ố học vơ Cơ-Tập n -P h ần n N h xuất Đại học T rung học chuyên nghiệp.H n ộ i-1990 Lẻ Thoại.- Thực hành phân tích kĩ thuật- Trường trung học hoá c h ấ t-1984 M.M V iktorov.- Tính tốn đồ thị cơng nghệ chất vô N hà xuất khoa học k thut H n i-1977 ô ã ã n TIẾNG A N H * Van W azer I.R - Phosphorus and its com pounds New York, interscience publishers Inc., 19Ố1 ' Noyes R.- Phosphoric acid by the w et process London, Noyes D evelopm ent Corp., 1968 O thm er,K - E ncyclopedia o f chem ical tehnology London1963 III TEẾNG R Ư M A N I 9.-M oldovan I si Popovici N - T ehnologia ingrăsăm intelor m inerale Bucuresti, E ditura T ehnica, 1962 V lO I.Sam oil si V.Gh.Apreotesei.- Fabricarea acidului fosforic B ucuresti, Editura Tehnica, 1970 11.- Pozin M E.- T ehnologia sărurilor m inerale Traducere din lim ba Rusa Bucuresti, E ditura T ehnica, 1961 45 12.- EM A.BRA TU - o p e ti si utilaje in industxia chimica Editura tehnica Bucuresti-1970 13.- C onstantin C alistm si Cornelia Leonte.- Tehnologia substanteior anorganice E ditura didacticã si pedagogică Bucuresti1972 14.- W IN N A K ER K U C H LER -Tehnologia chim ică anorganică Editura tehnica Bucuresti-1962 15.- C L itea n u - C him ie analitică cantitativă Editura didactică si pedagogicã Bucuresti-1969 IV TIẾNG NGA 16 M E.PO ZIN - T exnologia m ineralnux solei Izdachelstvo khim ia M oskva-1971 17.A A SO K O LO V SK I, E.V IA SK IE.- Texnologia mineralnux ydobreni and kislot Izdachelstvo khim ia M oskva-1971 18 B.D M ELN IK , spravotchik pa texnologi neorganicheskix E.B.M ELN ỊK O V vexetvo K ratki Izdachelstvo khim ia M oskva-1968 19 PO STN IK OV.N N - T erm icheskaia fosfom aia kislota Izdachelstvo khim ia M osk v a-1970 20 N.S.A X M ETO V - N eorganicheskaia khim ia M oskva vưsaia skola -1975 in ... supephotphat kép Để sản xuất axit photphoric, công nghiệp có hai phương pháp sản xuất: phương pháp nhiột phương pháp trích li C húng tơi nghièn cứu sản xuất H 3P trích li phương pháp đihyđrat, kết... thuyết I T ính ch ất củ a axit photphoric n N g u y ố n li? ??u sản xuất m Phương pháp sản xuất Phương pháp nhiệt Phương pháp trích li 2.1 Cơ sở hố lí 2.2 Phương pháp đihyđrat 10 2.3 V ấn đề ân... anion P 43'') II NGUYÊN LI? ??U SẢN XUẤT [1,7,10,114*]'' N guyên li? ??u chủ yếu sử dụng để sản xuất axit photphoric trích li quặng p h o h a t: quặng apatit quặng photphoriL 1 .Quặng apatit Q uặng apatit