II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẢN XUẤT SUPEPHOTPHAT 1 Đặc tính của sản phẩm Supe Photphat đơn
3.Cơ sở lý thuyết
3.1. Các giai đoạn phản ứng
Trong quá trình sản xuất supe đơn ,phản ứng giữa Apatít và Axít Sunfuríc xảy ra theo phương trình tổng quát:
2Ca5F(PO4)3 + 7H2SO4 + 3H2O = 3 Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4 + 2HF
Quá trình 1:
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 5/2H2O = 3 H3PO4 + 5CaSO4.1/2H2O + HF
Quá trình 2:
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5 Ca(H2PO4)2. H2O + HF
Hai giai đoạn này tiến hành kế tiếp nhau không phải xen kẽ đồng thời vì trong dung dịch không có sự tồn tại đồng thời của Axít Sunfuríc và mônô canxi photphat :
Ca(H2PO4)2 + H2SO4 = CaSO4 +2H3PO4
a. Giai đoạn 1
Khuếch tán axit sunfuric tới các hạt apatit. Quá trình này kèm theo phản ứng hóa học nhanh trên bề mặt các hạt:
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 5/2H2O = 3H3PO4 + 5CaSO4.1/2H2O + HF
Phản ứng này bắt đầu ngay khi trộn quặng Apatít với Axít Sunfuríc tùy theo mức độ phản ứng mà nồng độ H2SO4 giảm dần,nồng độ H3PO4 tăng lên bột sệt được tạo thành nhanh chóng và chảy xuống phòng hóa thành., khi đó khoảng 60-80% lượng Axít sunfuríc cho vào đã tham gia phản ứng, lượng còn lại tiếp tục được phản ứng trong phòng hoá thành và kết thúc sau khoảng từ 20-40 phút trong phòng hoá thành rồi dần dần đông kết lại.
CaSO4.1/2H2O chuyển hoá thành CaSO4 khan và tách ra với tốc độ tuỳ thuộc vào nhiệt độ và thành phần của pha lỏng. Tại đây do khối phản ứng có nhiệt độ cao (từ 110-120˚C) và nồng độ P2O5 trong pha lỏng lớn (42-45%) nên CaSO4.1/2H2O tách ra thành CaSO4 khan nhanh chóng
Giai đoạn I việc phân huỷ quặng tiến hành rất nhanh ở cuối giai đoạn lên đến 70-80%. Tuỳ theo mức kết tinh của CaSO4 mà khối phản ứng bị đóng rắn do những tinh thể CaSO4 tạo ra những bọc chứa pha lỏng. Việc đóng rắn xảy ra trước lúc tiêu hao hết H2SO4 và mức phân huỷ mới đạt 60%. Giai đoạn này kết thúc khi tiêu tốn hết axit và kết tinh sunfat canxi:
2CaSO4.0,5H2O 2CaSO4 + H2O
Giai đoạn thứ II được bắt đầu sau khi tiêu hao toàn bộ lượng Axít H2SO4( sau khi supe từ thùng trộn xuống hóa thành (khoảng 20-40 phút) Khuếch tán axit photphoric tạo thành vào trong các mao quản của những hạt apatit không phân hủy. Axít H3PO4 được tạo thành ở giai đoạn I tiếp tục phân hủy Apatít theo phản ứng :
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5 Ca(H2PO4)2. H2O + HF
Mônô canxiphotphat tạo thành lúc đầu trong dung dịch khi quá bão hoà bắt đầu kết tinh. Giai đoạn II được bắt đầu sau 20-40 phút ủ supe trong phòng hoá thành và kéo dài trong suốt thời gian ủ nó trong kho tùy thuộc vào loại nguyên liệu dung cho sản xuất và điều kiện ủ ở kho.
Tốc độ phân giải ở giai đoạn II chậm và kéo dài do những nguyên nhân sau:
- Những hạt quặng chưa phân giải là các hạt có kích thước lớn mà axít H3PO4 lại là axít chủ yếu.
- Lượng canxisunfat kết tinh ra quá nhiều làm cho Axít H3PO4 khó tiếp xúc với hạt quặng.
- Mônô canxisunfat tan trong dung dịch H3PO4 sẽ dần dần tạo thành dung dịch bão hòa,dẫn đến làm giảm hoạt độ của ion H+ trong pha lỏng và tăng độ nhớt của dung dịch.
- Mônô canxisunfat kết tinh tạo thành vỏ mịn bao bọc hạt quặng làm giảm sự tiếp xúc pha.
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng