Nghiên cứu điều chế diamoni photphat (DAP) 18 46 0 từ axit photphoric trích ly của nhà máy DAP đình vũ

BÙI THỊ HIẾU BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Bùi Thị Hiếu KỸ THUẬT HÓA HỌC NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ DIAMONI PHOTPHAT (DAP) 18-46-0 TỪ AXIT PHOTPHORIC TRÍCH LY CỦA NHÀ MÁY DAP ĐÌNH VŨ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành kỹ thuật hóa học KHOÁ 2014B Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Bùi Thị Hiếu NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ DIAMONI PHOTPHAT (DAP) 18-46-0 TỪ AXIT PHOTPHORIC TRÍCH LY CỦA NHÀ MÁY DAP ĐÌNH VŨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC N GƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS La Thế Vinh TS Hoàng Anh Tuấn Hà Nội – 09/2016 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình riêng Các số liệu luận văn trung thực, kết nghiên cứu chưa tác giả khác công bố tài liệu Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên BÙI THỊ HIẾU Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin trân trọng cảm ơn trường ĐHBKHN, Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam tập thể hướng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên BÙI THỊ HIẾU Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 13 TỔNG QUAN 13 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 1.1.1 Cơ sở lý thuyết trình sản xuất axit photphoric trích ly 13 1.1.1.1 Tính chất axit photphoric 13 1.1.1.2 Nhu cầu tiêu thụ axit photphoric 14 1.1.1.3 Các phương pháp sản xuất axit photphoric 15 1.1.2 Cơ sở lý thuyết trình làm tạp chất axit photphoric trích ly 22 1.1.2.1 Phương pháp trao đổi ion hấp phụ 23 1.1.2.2 Phương pháp trung hoà/ kết tủa tạp chất 24 1.1.2.3 Phương pháp chiết dung môi hữu 25 1.1.3 Cơ sở lý thuyết trình sản xuất diamoni photphat (DAP) 25 1.1.3.1 Khái niệm vai trò phân bón DAP 25 1.1.3.2 Công nghệ sản xuất DAP 26 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 28 CHƯƠNG 32 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU-THỰC NGHIỆM 32 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU, HOÁ CHẤT 32 2.1.1 Nguyên vật liệu 32 2.1.2 Hoá chất 32 2.2 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ 33 2.3 THỰC NGHIỆM 33 2.3.1 Tách loại tạp chất axit photphoric 33 2.3.2 Điều chế diamoni photphat DAP 35 2.3.3 Điều chế dicanxi photphat từ cặn axit photphoric thu sau lắng tách tạp chất 36 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC VẬT LIỆU 36 2.4.1 Phương pháp phân tích hoá học định lượng 36 2.4.1.1 Phương pháp phân tích tổng chất rắn lơ lửng (SS) 36 2.4.1.2 Phương pháp phân tích hàm lượng P2O5 tổng 37 2.4.1.3 Phương pháp xác định hàm lượng P2O5 hữu hiệu 38 2.4.1.4 Phương pháp phân tích hàm lượng N tổng 39 2.4.1.5 Phương pháp phân tích hàm lượng SO3 40 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học 2.4.1.6 Phương pháp phân tích hàm lượng Fe2O3 41 2.4.1.7 Phương pháp phân tích hàm lượng Al2O3 43 2.4.1.8 Phương pháp phân tích hàm lượng MgO 44 2.4.1.9 Xác định độ ẩm sản phẩm DAP 45 2.4.1.10 Xác định thời gian phân rã DAP nước 46 2.4.2 Đặc trưng hoá lý theo phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 47 CHƯƠNG 50 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1.KHẢO SÁT THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM TẠI NHÀ MÁY DAP ĐÌNH VŨ 50 3.1.1 Thực trạng công nghệ nhà máy DAP Đình Vũ 50 3.1.1.1 Nguồn nguyên liệu quặng apatit 50 3.1.1.2 Công nghệ sản xuất axit photphoric 51 3.1.1.3 Công nghệ sản xuất phân bón DAP 51 3.1.2 Chất lượng axit photphoric sản phẩm DAP nhà máy DAP Đình Vũ 53 3.2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÁCH LOẠI TẠP CHẤT TRONG AXIT PHOTPHORIC TRÍCH LY 55 3.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn H3PO4 loãng H3PO4 đặc tới hiệu tách loại tạp chất axit photphoric 55 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu tách loại tạp chất axit photphoric 58 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất axit photphoric 59 3.2.4 Ảnh hưởng chất trợ lắng tới trình tách loại tạp chất axit photphoric trích ly 60 3.2.4.1 Ảnh hưởng một số chất trợ lắng đến trình tách loại tạp chất axit photphoric trích ly 60 3.2.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất trợ lắng đến trình tách loại tạp chất axit photphoric trích ly 64 3.2.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả lắng tách tạp chất sử dụng chất trợ lắng PAM nonion 65 3.2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng PAM nonion 67 3.2.5 Hiệu suất thu hồi P2O5 hiệu suất tách cặn thực với điều kiện tối ưu 69 3.3 NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ DAP TỪ AXIT PHOTPHORIC ĐÃ TÁCH LOẠI TẠP CHẤT 70 3.3.1 Kết phân tích chất lượng DAP theo phương pháp hoá học định lượng 70 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học 3.3.2 Kết nghiên cứu thành phần pha sản phẩm theo phương pháp phân tích hoá lý (X-Ray) 71 3.4 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CẶN THU HỒI TỪ QUÁ TRÌNH TÁCH LOẠI TẠP CHẤT TRONG AXIT PHOTPHORIC TRÍCH LY 72 3.5 ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG Ở QUY MÔ CÔNG NGHIỆP 73 KẾT LUẬN 75 KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 80 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Danh mục chữ viết tắt TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam SS : Suspended solids TDS : Total Dissolved Solids DAP : Di ammonium photphate MAP : Mono ammonium photphate TSP : Tri sodium photphate KH&CN : Khoa học công nghệ XRD : X-ray diffraction TVA : Tennessee Valley Authority SA : Sulfuric acid PA : Phosphoric acid PAM : Polyacrylamide ASTM : American Society for Testing and Materials Danh mục bảng Bảng 1.1 Sự thay đổi độ nhớt dung dịch axit photphoric theo nồng độ nhiệt độ Bảng 1.2 Thành phần hoá học axit photphoric trích ly từ quặng apatit Lào Cai Bảng 1.3 Một số loại sản phẩm axit photphoric điều chế theo phương pháp hấp phụ kết hợp kết tủa Bảng 2.1 Thành phần hoá học mẫu axit photphoric lấy nhà máy DAP Đình Vũ để nghiên cứu Bảng 2.2 Hoá chất sử dụng nghiên cứu Bảng 3.1 Thành phần hoá học quặng tuyển apatit Lào Cai Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 3.2 Kết phân tích chất lượng mẫu axit DAP lấy nhà máy DAP Đình Vũ (đợt 1) Bảng 3.3 Kết phân tích chất lượng mẫu axit DAP lấy nhà máy DAP Đình Vũ (đợt 2) Bảng 3.4 Kết phân tích chất lượng mẫu axit DAP lấy nhà máy DAP Đình Vũ (đợt 3) Bảng 3.5 Kết phân tích chất lượng mẫu axit DAP lấy nhà máy DAP Đình Vũ (đợt 4) Bảng 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn axit tới hiệu tách loại tạp chất Bảng 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu tách loại tạp chất trình phối trộn axit Bảng 3.8 Ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất Bảng 3.9 Ảnh hưởng loại chất trợ lắng tới hiệu tách loại tạp chất Bảng 3.10 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất trợ lắng tới hiệu tách loại tạp chất Bảng 3.11 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng thêm chất trợ lắng Bảng 3.12 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng Bảng 3.13 Điều kiện tối ưu cho trình lắng tách tạp chất axit photphoric Bảng 3.14 Chất lượng sản phẩm DAP Bảng 3.15 Thành phần hoá học cặn axit tách Bảng 3.16 Kết phân tích mẫu cặn axit xử lý đá vôi Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Công thức cấu tạo phân tử H3PO4 Hình 1.2 Sự thay đổi độ tan H3PO4 theo nhiệt độ Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric phương pháp nhiệt Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric phương pháp trích ly Hình 2.1 Đường chuẩn phân tích hàm lượng Fe2O3 Hình 2.2 Máy nhiễu xạ tia X Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn axit tới hiệu tách loại tạp chất Hình 3.2 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu tách loại tạp chất Hình 3.3 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng thời gian tới hiệu tách loại tạp chất Hình 3.4 Mô trình tạo đưa chất trợ lắng vào dung dịch axit photphoric Hình 3.5 Ảnh hưởng chất trợ lắng tới hiệu tách loại tạp chất Hình 3.6 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng chất trợ lắng tới tỉ lệ cột lắng tạp chất Hình 3.7 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất trợ lắng tới hiệu tách loại tạp chất Hình 3.8 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng hàm lượng chất trợ lắng tới tỉ lệ cột lắng tạp chất Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả lắng tách tạp chất sử dụng chất trợ lắng PAM nonion Hình 3.10 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nhiệt độ đến khả lắng tách tạp chất sử dụng chất trợ lắng PAM nonion Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng Hình 3.12 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng Hình 3.13 Giản đồ nhiễu xạ tia X sản phẩm DAP điều chế từ axit photphoric đã tách loại tạp chất Hình 3.14 Giản đồ nhiễu xạ tia X sản phẩm DAP điều chế từ mẫu đối chứng chưa qua tách loại tạp chât Hình 3.15 Giản đồ nhiễu xạ tia X sản phẩm dicanxi photphat điều chế từ cặn axit photphoric Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 3.11 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng Các tiêu kỹ thuật nghiên cứu Nhiệt độ trì hệ, oC Đánh giá trực quan Tỷ lệ cột lắng sau 30 phút SS % SO3/ % P2O5 % Al2O3/ Dung % P2O5 dịch % Fe2O3/ A % P2O5 % MgO/ % P2O5 Mẫu đối chứng Trong mẫu nghiên cứu với nhiệt độ lắng khác Mẫu 24 Mẫu 25 Mẫu 26 Mẫu 27 Mẫu 28 50 - 60 70 Tạp chất Tạp chất rắn lắng rắn lắng Tạp chất nhanh, tương đối rắn lắng dung nhanh, từ dịch A dung dịch từ tương A tương đối đối trong 80 90 Một phần Một phần tạp chất tạp chất rắn rắn chuyển chuyển động hỗn động hỗn loạn loạn gây khó gây khó lắng lắng - 0,90 0,91 0,91 0,89 0,87 5,7 1,9 1,9 1,8 1,9 1,9 0,070 0,034 0,033 0,034 0,035 0,035 0,052 0,029 0,028 0,028 0,029 0,030 0,056 0,029 0,030 0,029 0,031 0,031 0,034 0,022 0,021 0,021 0,021 0,022 Mẫu 24 Mẫu 25 Mẫu 26 Mẫu 27 Mẫu 28 Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả lắng tách tạp chất sử dụng chất trợ lắng PAM nonion 66 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.10 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nhiệt độ khả lắng tách tạp chất sử dụng chất trợ lắng PAM nonion Kết bảng 3.11 hình 3.8, 3.9 cho thấy nhiệt độ từ 60oC÷70oC, khả lắng tách tạp chất hệ tốt Nhiệt độ thay đổi ảnh hưởng tới độ nhớt dung dịch axit, chuyển động phần tử tạp chất khả tan lại chất kết tủa làm cho hiệu lắng tách tạp chất rắn bị ảnh hưởng nghiên cứu mục 3.2.2 Ngoài ra, nhiệt độ ảnh hưởng tới hiệu tách loại tạp chất chất trợ lắng Nhiệt độ cao sẽ làm tăng tính linh động chất trợ lắng, giảm khả bám dính tạp chất rắn lên phần tử chất trợ lắng, làm giảm hiệu trợ lắng chất Điều làm ảnh hưởng đến hiệu tách loại tạp chất trình xử lý Vì nhiệt độ thích hợp lựa chọn từ 60÷70oC 3.2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu quả tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng PAM nonion Rút ngắn thời gian xử lý mà đảm bảo hiệu trình tách tạp chất sẽ làm giảm chi phí trình Chính vì vậy, khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất tiến hành với giá trị 10, 15, 20, 25, 30 phút Kết trình bày bảng 3.12 67 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 3.12 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng Các tiêu kỹ thuật nghiên cứu Thời gian lắng (phút) Tỉ lệ cột lắng SS % SO3/ % P2O5 % Al2O3/ Dung % P2O5 dịch % Fe2O3/ A % P2O5 % MgO/ % P2O5 Mẫu Các mẫu nghiên cứu với thời gian lắng tách khác đối chứng Mẫu 29 Mẫu 30 Mẫu 31 Mẫu 32 Mẫu 33 - 10 15 20 25 30 - 0,74 0,86 0,91 0,91 0,91 5,7 1,9 1,9 1,8 1,8 1,8 0,070 0,034 0,034 0,033 0,033 0,033 0,052 0,029 0,030 0,028 0,028 0,028 0,056 0,030 0,030 0,030 0,029 0,030 0,034 0,021 0,022 0,021 0,021 0,021 Mẫu 29 Mẫu 30 Mẫu 31 Mẫu 32 Mẫu 33 Hình 3.11 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng 68 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.12 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng thời gian lắng tới hiệu tách loại tạp chất sử dụng chất trợ lắng Bảng 3.12, hình 3.11 hình 3.12 rằng, thời gian lắng 20 phút cho hiệu tách loại tạp chất tốt Khi thời gian lắng kéo dài hơn, khả tách loại tạp chất tăng không nhiều đồng nghĩa với hiệu tách tạp chất không cao Vì vậy, 20 phút thời gian lắng thích hợp cho trình xử lý tách tạp chất axit photphoric sử dụng chất trợ lắng PAM nonion 3.2.5 Hiệu suất thu hồi P2O5 hiệu suất tách cặn thực với điều kiện tối ưu Những khảo sát điều kiện tối ưu cho trình lắng tách tạp chất axit photphoric trích ly sau: Bảng 3.13 Điều kiện tối ưu cho trình lắng tách tạp chất axit photphoric STT Thông số Giá trị Tỷ lệ phối trộn axit 2:1 Chất trợ lắng PAM nonion Hàm lượng chất trợ lắng đưa vào, ppm 30 o Nhiệt độ lắng, C 60÷70 Thời gian lắng, phút 20 Nghiên cứu hiệu suất tách loại tạp chất thu hồi P2O5 tiến hành sở thí nghiệm cụ thể sau: 100 g axit photphoric đặc phối trộn với 200 g 69 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học axit loãng Tiến hành theo quy trình nêu thu 257,5g dung dịch với hàm lượng SS 1,8 % P2O5 34,05 % Như hiệu suất thu hồi P2O5 là: %P2 O = 34,05  257,5  100%  86,8% 33,67  300 Lượng P2O5 lại nằm dung dịch chứa kết tủa lắng tách phía đáy cốc Phân tích tiêu SS cặn thu cho kết SS = 28,6% Hiệu suất tách cặn là: 28,6  42,5 100% Hcan = = 70,7% 5,73  300 3.3 NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ DAP TỪ AXIT PHOTPHORIC ĐÃ TÁCH LOẠI TẠP CHẤT DAP điều chế theo quy trình nêu mục 2.3.2 từ mẫu axit tách cặn mẫu axit đối chứng 3.3.1 Kết phân tích chất lượng DAP theo phương pháp hoá học định lượng Kết phân tích, đánh giá chất lượng sản phẩm DAP thu điều chế từ axit photphoric tách loại tạp chất từ mẫu đối chứng trình bày bảng 3.14, hình 3.13, hình 3.14 Bảng 3.14 Chất lượng sản phẩm DAP Thông số kỹ thuật Hàm lượng N, % Hàm lượng P2O5, % Tổng dinh dưỡng, % Độ ẩm, % Thời gian phân rã, phút Mẫu đối chứng 16,2 45,1 61,3 1,5 65 Mẫu nghiên cứu 18,0 46,1 64,1 1,2 Kết nghiên cứu (bảng 3.14) cho thấy sản phẩm DAP thu mẫu axit xử lý có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn, đặc tính hóa lý tốt so với mẫu DAP đối chứng Điều cho thấy hiệu việc tách loại tạp chất phương pháp mà nghiên cứu đưa 70 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học 3.3.2 Kết nghiên cứu thành phần pha sản phẩm theo phương pháp phân tích hoá lý (X-Ray) Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - DAP-A 1500 d=5.049 1400 1300 1200 1100 1000 d=1.698 d=1.670 d=1.771 d=1.743 d=1.916 d=1.866 d=2.074 d=2.009 d=2.164 d=2.126 d=2.305 d=2.356 d=2.544 d=3.211 d=3.135 d=3.052 d=2.470 d=4.737 d=2.881 d=2.804 100 d=5.225 d=6.642 200 d=5.957 d=7.962 300 d=4.325 400 d=4.019 d=3.890 d=4.136 500 d=3.429 d=3.372 600 d=3.679 700 d=3.769 d=4.927 800 d=5.583 Lin (Cps) 900 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: HieuVHCN DAP-A.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° 01-070-1461 (C) - Phosphammite, syn - (NH4)2HPO4 - Y: 39.23 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 11.04300 - b 6.70000 - c 8.03100 - alpha 90.000 - beta 113.420 - gamma 90.000 - Primitive - P21/c (14) - - 545 Hình 3.13 Giản đồ nhiễu xạ tia X sản phẩm DAP điều chế từ axit photphoric đã tách loại tạp chất Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - DC-V 2000 1900 1800 1700 1600 d=5.324 1500 1400 1300 d=3.756 1100 1000 d=1.371 d=1.471 d=1.603 d=1.560 d=1.540 d=1.682 d=1.772 d=1.825 d=1.946 d=2.009 d=2.059 d=2.376 d=2.332 d=2.301 d=2.794 d=2.655 d=3.135 d=3.202 100 d=2.545 d=2.501 200 d=3.372 300 d=4.136 d=4.016 d=3.883 400 d=5.586 d=7.958 500 d=6.638 600 d=4.356 700 d=4.941 d=5.036 800 d=3.070 900 d=4.663 Lin (Cps) 1200 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: HieuVHHCN DC-V.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° 01-085-0815 (C) - Biphosammite, syn - NH4H2PO4 - Y: 66.83 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 7.49970 - b 7.49970 - c 7.54940 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I-42d (122) - - 42 01-070-1461 (C) - Phosphammite, syn - (NH4)2HPO4 - Y: 38.78 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 11.04300 - b 6.70000 - c 8.03100 - alpha 90.000 - beta 113.420 - gamma 90.000 - Primitive - P21/c (14) - - 545 Hình 3.14 Giản đồ nhiễu xạ tia X sản phẩm DAP điều chế từ mẫu đối chứng chưa qua tách loại tạp chất Kết phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy hai mẫu sản phẩm DAP có xuất pic nhiễu xạ đặc trưng diamoni photphat (NH4)2HPO4 (2θ = 71 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học 17,5; 27,5; 28,5) Tuy nhiên, với mẫu sản phẩm đối chứng xuất thêm pic nhiễu xạ đặc trưng monoamoni photphat (MAP) NH4H2PO4 (2θ = 16,7; 23,8; 45,3) Điều cho thấy, phương pháp tuần hoàn axit làm giảm độ nhớt, giảm hàm lượng tạp chất axit photphoric, từ hạn chế tượng nhiệt trình trung hòa sấy sản phẩm DAP giúp hạn chế trình phân hủy DAP thành MAP Như sản phẩm DAP điều chế từ axit photphoric qua tách loại tạp chất có thành phần dinh dưỡng cao hơn, chứa tạp chất 3.4 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CẶN THU HỒI TỪ QUÁ TRÌNH TÁCH LOẠI TẠP CHẤT TRONG AXIT PHOTPHORIC TRÍCH LY Theo kết mục 3.2.5, phần cặn tách sau trình tách loại tạp chất chiếm 14,2% khối lượng; Phân tích thành phần hoá học hỗn hợp cặn tách cho kết sau: Bảng 3.15 Thành phần hoá học cặn axit tách STT Chỉ tiêu phân tích P2O5 tổng P2O5 hữu hiệu P2O5 tự SO3 Fe2O3 Al2O3 MgO SS Hàm lượng, % 32,5 28,9 23,6 7,3 6,9 7,1 2,1 28,6 Từ phần cặn thu tiến hành điều chế dicanxi photphat đá vôi theo quy trình nêu mục 2.3.3 với định lượng 100g cặn axit thu ủ trộn với 32g đá vôi CaCO3 Phân tích thành phần P2O5 độ ẩm hỗn hợp theo thời gian thu kết sau: Bảng 3.16 Kết phân tích mẫu cặn axit xử lý đá vôi STT Chỉ tiêu phân tích P2O5 tổng P2O5 hữu hiệu P2O5 tự Độ ẩm Kết phân tích, % Sau ngày Sau 10 ngày 24,9 24,8 21,9 20,4 4,1 3,2 16,8 11,6 72 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Từ kết cho thấy sản phẩm dicanxi photphat thu có hàm lượng P2O5 hữu hiệu tương đối cao, hàm lượng P2O5 tự tương đối thấp, đạt tiêu chuẩn để ứng dụng sản xuất phân bón hỗn hợp NPK phân bón chậm tan Ứng dụng giúp nâng cao giá trị tính khả thi trình xử lý tách loại tạp chất axit photphoric điều chế DAP 18-46-0 Kết phân tích nhiễu xạ tia X (hình 3.15) cho thấy mẫu sản phẩm thu có xuất pic nhiễu xạ đặc trưng dicanxi photphat CaHPO4.2H2O (2θ = 11,7; 21; 29,3) Ngoài ra, có xuất pic đặc trưng cho chất với có mặt tạp chất Fe Điều phần chứng minh cho hiệu trình tách loại tạp chất axit photphoric nêu Mau cua Hieu d=7.61809 80 70 60 d=4.24016 d=1.35804 d=1.52364 d=1.71034 d=1.81764 d=1.91150 d=1.87519 d=1.85628 d=2.08658 d=2.00190 d=2.28261 d=2.21754 d=2.17199 d=2.14515 d=2.42941 d=3.79932 d=3.98405 d=4.54901 d=5.06199 d=5.88962 d=5.64191 10 d=8.41515 20 d=2.62635 d=2.60277 30 d=2.92667 d=3.04523 40 d=2.85306 Lin (Cps) 50 0 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale Mau cua Hieu - F ile: Mau cua Hieu.raw - T ype: 2Th/Th lock ed - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1476328320 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° Operations : Sm ooth 0.066 | Import 01-072-0713 (C) - Brus hite - CaHPO4(H2O)2 - WL: 1.5406 - Monoclinic - Body-centered 01-083-2298 (C) - Anapaite - Ca2Fe(PO4)2(H2O)4 - W L: 1.5406 - Triclinic - Primitive 01-086-1221 (C) - Calcium Potass ium Phos phate Hy drate - Ca2K2(P6O18)(H2O)6 - WL: 1.5406 - M onoclinic - Primitiv e Hình 3.15 Giản đồ nhiễu xạ tia X sản phẩm dicanxi photphat điều chế từ cặn axit photphoric 3.5 ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG Ở QUY MÔ CÔNG NGHIỆP Từ nghiên cứu trên, đề xuất phương án tách tạp chất axit photphoric trích ly quy mô công nghiệp theo phương án tuần hoàn lượng axit photphoric đặc bồn chứa axit photphoric loãng thực trình lắng tách vị trí 73 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Phương pháp tách loại tạp chất axit photphoric trích ly để sản xuất xuất phân phức hợp diamoni photphat DAP 18-46-0 theo quy mô công nghiệp gồm công đoạn bước sau: - Trích lượng axit photphoric đặc bồn chứa sau thiết bị cô đặc để bơm tuần hoàn bổ sung vào bể chứa axit photphoric loãng trước thiết bị cô đặc; - Bổ sung thêm vào bồn chứa axit photphoric loãng trước thiết bị cô đặc chất trợ lắng PAM nonion để hỗ trợ trình lắng tách tạp chất; - Tách kết tủa lắng phía đáy bồn chứa axit photphoric loãng để bơm ngược trở lại thiết bị phân giải quặng thiết bị lọc tách bã Gyp để tận dụng lại, bơm sang phận để phản ứng với đá vôi điều chế dicanxi photphat ứng dụng sản xuất phân bón hỗn hợp NPK phân bón chậm tan; Dung dịch axit photphoric tách loại phần tạp chất bơm sang thiết bị cô đặc; axit sau cô đặc trở bồn chứa axit đặc sử dụng để tổng hợp DAP theo dây chuyền công nghệ có Axit loãng Khuấy trộn Lọc axit Phân giải quặng PAM Tách tạp chất Cặn axit Axit xử lý Trung hoà CaCO3 Cô đặc Nguyên liệu cho NPK Axit đặc DAP Hình 3.16 Quy trình điều chế diammoni photphat 18-46-0 từ axit photphoric trích ly 74 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN Bằng phương pháp nghiên cứu khoa học, hợp lý có độ tin cậy cao, luận án nghiên cứu tổng hợp phân bón diamoni photphat DAP 18-46-0 từ nguồn axit photphoric trích ly có hàm lượng tạp chất cao nhà máy DAP Đình Vũ bao gồm công đoạn với kết cụ thể sau: Đã nghiên cứu tách loại tạp chất axit photphoric theo phương pháp tuần hoàn, phối trộn phần khối lượng axit photphoric đặc chứa tạp chất kết tủa với hàm lượng cao song khó lắng tách với phần khối lượng axit photphoric loãng chứa tạp chất dạng chưa kết tủa, kết tinh rồi thực trình lắng tách nhiệt độ 60 ÷ 70oC thời gian khoảng 20 phút, có bổ sung thêm chất chất trợ lắng PAM nonion với hàm lượng 30 ppm Hiệu suất tách đạt 70,7 %, hiệu suất thu hồi P2O5 đạt 86,8% Đã nghiên cứu điều chế diamoni photphat DAP 18-46-0 từ axit photphoric tách loại tạp chất; Sản phẩm thu hồi có tổng hàm lượng chất dinh dưỡng ~64,1% (N ~18%, P2O5 ~ 46,1%), có màu sắc vàng sáng, có thời gian rã nước ngắn ( phút) đáp ứng mục tiêu đề tài Đã nghiên cứu thăm dò việc tận dụng phần cặn thu sau tách phần axit phía để điều chế dicanxi photphat DCP (phân lân trắng) ứng dụng tốt sản xuất phân bón hỗn hợp NPK phân bón chậm tan 75 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học KIẾN NGHỊ Để kết nghiên cứu luận án có tính ứng dụng hiệu hơn, cần phải nghiên cứu tiếp việc lọc vắt lọc ép phần cặn sau tách loại tạp chất vừa nâng cao hiệu suất thu hồi P2O5; vừa giảm hàm lượng ẩm phần cặn tạo thuận lợi cho việc xử lý, chế biến 76 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO A Hannachi, R Hamdi, N Abbas, C Chtara, A Ratel(2006), “Simulation of the wet process photphoric acid purification process by solvent extraction” Proceedings of the COVAPHOS II, vol , pp.251-260 A Hannachi, R Labidi, C Chtara, A Ouederni, A Ratel(2005), Récents Progrès en Génie des Procédés, Lavoisier Tech & Doc., vol 92, A.A El-Asmy, H Serag, M A Mahdy, M I Amin(2008), “Purification of photphoric acid by minimizing iron, copper, cadmium and fluoride”, Separation and Purification Technology, vol 61, pp 287–292 Alibrahim.M (2007), “Extraction of photphoric acid from various aqueous solutions using tributylphotphate (TBP), Periodica Polytechnica,” Chemical Engineering, vol.51, no.1, pp 39–42, Avraham Baniel et al(1966), “Method of purifying photphoric acid”, United states 3433592 Dennis H Michalski et al(1987), “Process of removing cationic impurities from wet process photphoric acid”, European patent 0.227.235 Engelhard Wilhelm Pavonet(1973), “Method for purifying photphoric acid”, United states patent 3970741 Fiske Augustus H(1930), “Method of purifying photphoric acid and the like”, United States Patent 1787192 Gani R., Jiméner- Gonzàlez C., Kate A., Crafts P.A., Powell L., Atherton J.H, Cordiner J.L(2006), “A modern approch to solvent selection”, Chemical Engineering, vol.113, no.3, pp 30-34 10 Guillermo Rangel Gurza(1986), “Method of purification of photphoric acid”, European patent 0136905 A3 11 Harold E Mills(1979), “Metallic ion removal from photphoric acid”, United States Patent 4136199 12 Herbert J Clausen(1982), “Process for partial removing of impurities from a wet process photphoric acid”, United states patent 4493820 13 Hitachi Zosen(1975), Test report on Lao-Kay apatite for photphoric acid production, PAT Fertilizer Project 77 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học 14 Hoàng Nhâm(2002), Hoá học vô cơ, Nhà xuất giáo dục 15 Howard J Skidmore, Klaas J Hutter(1999), “Methods of purifying photphoric acid”, United States Patent 5945000 16 http://nongnghiep.vn/phan-dap-hieu-qua-su-dung-post101404.html 17 J.M Dirken(1987), A clean technology photphoric acid process, Delft University 18 Jean R Goret, Louis M Winand(1967), “Continuous process for solvent purification of photphoric acid”, United states patent 3607029 19 John W.Wen, Baton Rouge et al(1992), “Removal of aluminum contamination during production of photphoric acid”, United states 5236679 20 Kenneth J.Jardine et al(2001), “Method for producing fertilizer grade DAP having an increased nitrogen concentration from recycle”, United States Patent 6241796B1 21 Kenneth L Parks et al(1981), Removal of magnesium and aluminum impurities from wet process photphoric acid, United States Patent 4299804 22 Kiyoshi Hotta, Fuyuhiko Kubota(2005), “Method for purification of photphoric acid high purity polyphotphoric acid”, United States Patent 6861039 23 Klaus Beltz, Klaus Frankenfeld, Klaus Gotzmann(1974), “Process for removing iron from photphoric acid”, United States Patent 3784678 24 La Văn Bình, Trần Thị Hiền(2007), Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội 25 M.Abdalbake and O.Shino(2004), “Removing the cadmium, arsenic and sulfate ions from wet process photphoric acid”, Periodica polytechnica Ser,Chem Eng vol 48, no 1, pp 63–71 26 M.Feki, M.Stambouli, D.Pareau, H.F.Ayedi(2002), Study of the multicomponent system wet process photphoric acid-methyl ketone at 40°C phase equilibria and extraction performances, Chem Eng J, vol.88, pp.71– 80 27 Nguyễn Huy Phiêu(2011), Hướng sử dụng hiệu quặng apatit loại II Lào Cai, Tạp chí KHCN Hóa chất, số 1/2011 28 Nguyễn phước dân (2006), Xử lý nước thải đô thị công nghiệp, Đại học 78 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 29 Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Côn(2007), Công nghệ sản xuất chất vô cơ, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 30 Phạm Văn Chương (Chủ biên), Trần Hồng Côn, Nguyễn Văn Nội, Hoa Hữu Thu, Nguyễn Diễm Trang, Hà Sỹ Uyên, Phạm Hùng Việt(2002), Hóa kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 31 R Hamdi, N.khleifia, A.Hannachi, N.Abbes, C Chtara, A Ratel(2010), Simulation of the Wet Photphoric Acid extraction along a continuous column, International Journal of Chemical Engineering and Applications, vol.1, no.4, , pp.326-331 32 Robert Amanrich(1970), “Solvent purification of wet process photphoric acid”, United states patent 3956465 33 S.Khorfan, O.Shno And A.Wahoud(2001), Extraction of H3PO4 from wet photphoric acid by nC4-nC7 alcohols, Periodica polytechnica ser.chem.eng.vol 45, n°2, pp 139-148 34 Tập đoàn hoá chất Việt Nam(2005), Tinh chế axit photphoric trích ly sản xuất sản phẩm chứa lân, Tạp chí công nghiệp hoá chất, số 4, Hà Nội 35 United national Industrial development organization (UNIDO) and International fertilizer development center (IFDC)(1979), Fertilizer manual, Kluwer academic publishers 36 William W Berry(1982), “Purification of photphoric acid”, United state patent 4341638 37 N.S Awwad, Y.A El-Nadia, M.M Hameda, (2013) “Successive processes for purification and extraction of photphoric acid produced by wet process” Arab Journal of Nuclear Science and Applications, 46(1), page 6-77 79 Bùi Thị Hiếu Luận văn thạc sĩ khoa học PHỤ LỤC 80 ... photphat (DAP) 18-46-0 từ axit photphoric trích ly nhà máy DAP Đình Vũ trình bày kết nghiên cứu điều chế diamoni photphat 18-46-0 sở tách loại 60-80% lượng tạp chất axit photphoric trích ly. .. KHOA HÀ NỘI - Bùi Thị Hiếu NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ DIAMONI PHOTPHAT (DAP) 18-46-0 TỪ AXIT PHOTPHORIC TRÍCH LY CỦA NHÀ MÁY DAP ĐÌNH VŨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành:... mẫu axit DAP lấy nhà máy DAP Đình Vũ (đợt 1) Bảng 3.3 Kết phân tích chất lượng mẫu axit DAP lấy nhà máy DAP Đình Vũ (đợt 2) Bảng 3.4 Kết phân tích chất lượng mẫu axit DAP lấy nhà máy DAP Đình