Жемдік фторсыздандырылған фосфат алу әдістері

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Табиғи фосфаттарды термиялық өңдеу кезінде фтор газдар (НҒ, SiF₄) бөлінеді. Термиялық өңдеуде су буының қатысында фосфаттар тез және толық фторсызданады. Апатитті 1450-1500⁰С-та гидротермиялық өңдегенде алдымен фтор минералдың кристалдық торындағы гидроксидімен байланысады:

               Са₅Ғ(РО₄)₃ + Н₂О = Са₅(ОН)(РО₄)₃ + НҒ

Одан соң түзілген гидроксилапатит төменде келтірілген реакция бойынша ыдырайды: 

     2Са₅(ОН)(РО₄)₃ = 2Са₃(РО₄)₂ + 4СаОР₂О₅ + Н₂О

Яғни, бөлінген өнімде – лимон қышқылында ерігіш тетракальцийфосфат және α-үшкальцийфосфаттарын жинақтайды. Үшкальцийфосфат – α және β-модификациялық болады, олардың өзгерісті өту температурасы 1180⁰С тең.

Бұл температурадан төмен температурада сіңірімді емес кристалды в модификациялық моделі, жоғары температурада сіңірімді (лимонды-, цитратты ерігіш) α- модификациялық өнім тұрақты. Аморфты α-үшкальцийфосфат түрін тез мұздату арқылы алады.

Кремнезем қатысында α-түрден β-түрге өту температурасы төмендейді және өту жылдамдығының тіптен төмендегені сонша, балқыманы ауада жайлап суытқанда фторсызданған фосфат өзінің қымбатты қасиеттерін жоғалтпайды. Фторсыздандыру үрдісі біршама жылдамдайды, себебі кремнезем апатиттің кристалл құрылысының бұзылуына әсер етеді, бұдан шихтадағы кремнеземнің құрамына тәуелді түрде силикаттар және кальций силикофосфаттары түзіледі. Мысалы, гидроксилапатиттің ыдырауы кремнезем қатысқанда келесі реакция бойынша өтеді:

2Са₅(РО₄)₃ОН + 0,5SiO₂ = 3Ca₃(PO₄)₂ + 0,5Ca₂SiO₄ + H₂O

0,5SiO₂ ։ 2Ca₅(PO₄)₃(OH) = (30։502)H≈0,03  молдік қатынасынан реакция өту үшін шихтада 3% SiO₂ болуы қажет, ал Қаратау фосфориттерінің құрамында SiO₂ мөлшері 3% жоғары.

Гидротермиялық фторапатиттің ыдырауы келесі жалпы реакция арқылы жүреді:

2nCa₅F(PO₄)₃ + mSiO₂ + nH₂O = 10nCaO ∙ 3nP₂O₅ ∙ mSiO₂ + 2nHF

Фосфаттарды гидротермиялық фторсыздандыруды шихтаны айналмалы барабанды және басқа пештерде жүргізуге болады. Сутекті отынды, мысалы мазутты, қолданғанда арнайы су буын беру қажет емес, себебі жану өнімінде бу мөлшері жеткілікті (10% көп).

Апатит концентратының құрамында 20-25% кремнезем (апатит салмағынан) шихтасы төмендеу температурада балқиды да, осындай қоспасы бар шихтаны балқыту әдісімен фторсыздандырғанда қолданады. Жоғары температурада өңдеген кезінде сұйық фазаның үлкен мөлшері пайда болмау үшін кремнеземді өте аз немесе өте көп мөлшерде қолданады. АҚШ-та шихтаға жалпы салмағы 50% дейін кремнезем қосады, яғни фосфорит пен құмның шамамен бірдей мөлшерін араластырады. Алынған өнімнің құрамында шамамен 20% лимонды ерігіш Р₂О₅ бар.

ТМД елдерінде апатит концентратын фторсыздандыру құрамында 2% кремнезем бар немесе жоқ шихтаны 1450-1500⁰С температурада өңдейді. Бірақ үрдісті өткізгенде шихтаны фторсыздандырылған қышқылменен мольдік қатынасқа дейін, яғни фосфаттың массасынан 4-5% Р₂О₅ құрастыруға ылғалдандырады да (пештен кейін шаңның шығымын азайту үшін) түйіршіктейді. Фосфор қышқылы балқыту үрдісінің температурасын 1450-1500⁰С-тан 1380-1420⁰С-қа дейін төмендетеді. Жоғарыда келтірілген реакциялармен қатар бұл кезде келесі реакцияда өтеді:

          3Са₅(РО₄)₃Ғ + Н₃РО₄  = 5Са₃(РО₄)₂ + 3НҒ

Ылғалдылығы 12-14% шихтаны 1450-1500⁰С-та айналмалы пеште өңдеуге береді. Пештен 400-800⁰С-та шыққан газды скрубберде су шашыратып біршама суытады, содан соң пештен бірге шыққан шаңнан электрофильтрде тазартады және фтор қосылыстарын (негізінен НҒ түріндегі, 1м³-тан ~ 5 г фтор) ұстау үшін абсорбция қондырғысына беріледі. Алынған ерітінді қатты былғанған болады, оларды залалсыздандыруға жібереді. Ұсталынған шаңды пешке түсетін шихтамен араластырады. Пештен алынған клинкерді суытқаннан соң майдалайды. Тесігі 0,15 мм болатын елеуіштен қалған майда ұсақ зат 10% көп болмау керек. Материалдың жану аймағында 20 мин болуы және газ күйінің құрамында 10-12% су буының фторсыздандыру дәрежесін 94-96%-ке жеткізеді.

Апатитті күйдіру шамалы фосфор қышқылының қатысуымен жүргізгенде (15 кг Р₂О₅ 1 т өнімге) аралық өнім ретінде монокальцийфосфат, кальций мета- және пирофосфатты түзіледі де су буының қатысында апатитпен әрекеттесіп, фторсыздануын жылдамдатады.

Көп қосылысты Қаратаулық және басқа фосфориттер, гидротермиялық фторсыздандыру кезінде шихтаға үлкен мөлшерде әк қосу нәтижесінде төмен температуралы эвтектика түзеді.

Бұл шихтаның сұйық күйін азайтуға қажет, сонда ол өзінің шектік сұйықтығын сақтайды да және пеш қабырғасына жабыспайды. Осының нәтижесінде өнімде Р₂О₅ шоғыры төмендейді.

Балқу температурасы төмендеу фосфориттерді өндірістерде қолданылатын фторсыздандыру үрдісіне оларды энерготехнологиялық циклонды немесе конверторлы пештерде 1500-1600⁰С балқыту әдісі жатады.

Үрдістің температурасын жоғарылату арқылы фторсыздандыруды балқынды кезінде өткізу реакцияның тепе-теңдігін НҒ газды фазаға өту жағына жылжытады да диффузия жылдамдығын жоғарылатады.

Фторсыздандыру үрдісінің ең жоғары жылдамдығы SiO₂։CaO қатынасының 0,38 тең кезінде жеткізіледі, ал кремнеземнің мазмұнының көбеюі балқынды беттегінде кристаболитті қауашақтың пайда болуына соғады да ол су буының фосфоритпен әрекеттесуіне кедергі жасайды.

Фторсыздандыру үрдісінің жылдамдығы фтор иондарының балқынды массасының ішінен оның беттігіне диффузия жылдамдығымен байланысты.

Сыртқы диффузиялық кедергінің төмендеуі үрдістің аэродинамикалық жағдайын жақсартады. Бірақ, өнімдегі фтордың мөлшері төмен болуы үшін аппараттарда “идеалды араластыруды” қажет етеді.

Ең жақсы және қолайлы фторсыздандырылған фосфаттарды алу үшін “идеалды ығыстыру” аппараттары қолданылады. Олардағы фторсыздандыру үрдісі жоғары жылдамдықпен сипатталады.

Температура, су буының шоғыры және балқындыны оттық газдармен араластыру қарқындығын жоғарылату фторсыздандыру үрдісті жылдамдатады, бірақ “идеалды ығыстыру” принцип бұл жағдайда да сақталу қажет.

Пештен шығарда оны тез сумен суытады да, одан майда әйнек түрлес жұмыр түзіледі. Жұмырланған балқыманы судан алып кептіреді және майдалайды. Пештен шығатын газдар жылуынан пайдаланғыш пеште су буын өндіреді және пешке түсетін ауаны ысытуға пайдаланады. 200-300⁰С дейін салқындаған газды электрофильтрлерде шаңнан тазартып НҒ және SiF₄ ұстау үшін абсорбцияға жібереді. Қаратау фосфорит ұнынан бұл әдіспен алынған фторсызданған фосфат құрамында 28-30% сіңірімді Р₂О₅ және 0,1%-тен аз фтор болады.

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров