Способ извлечения фосфора из шлама

 

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ФОСФОРА ИЗ ШЛАМА, включающий, вагреванве его с последуюпшм отделением от твердого остатка, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечеиия и степени чистоты продукта, в шлам предварительво вводят воду и иагреваиие ведут в режиме квоюния, поддерживая количество воды постоянным. 2. Способ поп.1,отличаю« щ и и с я тем, что воду берут в весовом соотношении к твердым примесям шлама, равное Ж:Т

,SU„„ 10115

CQ03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3, C 01 В 25/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 3328704/23-26 (22) 10-08.81 (46) 15.04.83. Бюл. ¹ 14 (72) А.Д.Кипчакбаев, В.А.Ершов, А.П.Мельник, Б.А.Лавров, В. Н. Белов, Л. Н. Реутович, Г.O. Славин, Т.M. Алыканов, С.Д. Пименов, Ю.,В. Шкарупа, В. П; Пучков

В.В. Дубовиков, Е .П.Маков, В.М. Беседнов и В.К.Колесниченко .. (71) Ленинградский ордена Октябрьской

Революнии и с рдена Трудового Красного

Знамени технологический институт им. Ленсовета, Чимкентское производственное объединение Фосфор и Ленинградский научно-исследовательский и проектный институт химической промышленности (53) 661.631 (088.8),. (56} 1. Патент США Ж 2289277, кл. 23-223, 1942. (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ

ФОСФОРА ИЗ ШЛАМА, включающий, на греванне его с последующим отделением фосфора от твердого остатка, о т л и» ч а ю шийся тем, что, с пелью по вышения степени извлечения и степени чистоты продукта, в шлам предварительно вводят воду и нагревание ведут в режиме кипения, поддерживая количество воды постоянным» 2. Способ по п» 1, о т л и ч а ю . шийся тем, что воду берут в весовом соотношении к твердым првюесям шлама, равном Ж: Т (1,4-5,2): 1, температуру

: поддерживают не менее 315-020 К и смесь перемешивают со скоростью 40- I

500 об/мин в течение 1-12 ч. 1011508

Изобретение относится к фосфорной промышленности, а именно к способам .извлечения фосфора из фосфорных шламов.

- Наиболее близким по технической -суньности и достигаемому результату являет ся способ извлечения фосфора из фосфорсодержащих шлемов, включающий нагреванне шлама в закрытом аппарате при давлении ниже атмосферного до испарения воды. Процесс обезвоживания проводят в две стадии: сначала осуществляют предварительное обезвоживание фосфорного шлама, а затем. отделение твердых примесей из расплава. На первой стадии фосфорный шлам при давлении 300400 мм рт.ст (40-52,5 кПа) нагревают до температуры умеренно выше точки кипения воды и выдерживают при этой температуре до удаления основной массы воды (температура 75-80 С}, что состав

О ляет 348-358 К. На второй стадии удаляют остатки воды при давлении 20 мм

Рт ст. (2,67 кПа). После обезвоживания из жидко-текучего расплава удаляют тве дые примеси любым способом, например, фильтрацией. Длительность процесса обе воживання зависит от количества фосфорного шлама и содержания в нем воды.

Например, для обезвоживания 35 т фоофорного шлама, содержащего 35 sec.% воды, необходимо время 120 ч (1).

Недостатками известного способа являются невысокая степень чистоты продукта и невысокая. степень извлечения. фосфора. Использование режима кипения на первой стадии процесса обезвоживания приводит к частичному разрушению структуры шлама. Однако отсутствие ра бавления шламов и уменьшение соот» ношения воды к твердым примесям по мере удаления воды, приводит к низкой

c-òåïåíè извлечения фосфора на этой стадии до 50%, вследствие повышения адгезии твердых примесей к фосфору, а получаемая частота фосфора (до 98%) не соответствует товарному продукту.

Более высокая величина адгезин твердых частиц к фосфору в безводном шламе затрудняет отделение твердых примесей иэ расплава фосфора, например, фильтрацией.

Сохранение структурности и повышение вязкости бм«водного шлама затрудняет его транспортировку и переработку другими известными способами, кроме последующей перегонки фосфора при повышенных температурах. Кроме того, недостатками этого способа являются выс кие энергетические затраты связанные с полным удалением из шлама воды и большая длительность процесса обезвоживания.

Бель изобретения - увеличение степе ни извлечения фосфора и повышение сте5. пени его чистоты.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу извлечения фосфора иэ шлама, включающему нагревание его с последующим отделением фосфора от 0 твердого остатка, в шлам предварительно вводят воду и нагревание ведут в режиме кипения, поддерживая количество воды постоянным.

При этом воду берут в весовом соотношении к твердым примесям ц«лама, равным Ж: Т= (1,4-5,2}: 1, температуру поддерживают не менее 315-320 К н

0 смесь перемешивают со скоростью 40500 об/мин в течение 1-12 ч.

20 Отделение твердых примесей и извлечение фосфора прводят непосредственно в режиме кипения воды в шламе, что позволяет повысить степень извлечения

, фосфора до 99,0% и увеличить степень

25 чистоты продукта до 99,7%. з- Выдержка фосфорного шлама в режиме кипения воды, если ее содержание в шлеме поддерживать постоянным, приво дит к разрушению структуры шлама.

Твердые примеси, адсорбированные на поверхности фосфора, понижают поверхностное натяжение воды на границе раздела фаз фосфор -.. вода. В условиях кипения зарождения пузырьков пара с

35 наибольшей термодинамической вероятностью возникает на поверхности капель фосфора и вызывает отделение от фосфоз- ра гндратированных твердых примесей.

Полное разрушение структуры шлама

40 достигается при выдержке шлама в режиме кипения в течение 1-12 ч. Длительность выдержки определяется исходным вещественным составом шлама.

При содержании фосфора более 80 мас.%

45 и твердых примесей менее 4 мас.% фосфорный шлам необходимо выдерживать в течение 1 ч. При содержании

32,6 мас.% фосфора и 25 мас.% твердых примесей для извлечения фосфора необ50 ходимо выдерживать шлам в Режиме ки пения в течение 12 ч. Перемешивание s флотация пузырьками пара препятствует вторичной адсс«рбции твердых частиц на поверхности фосфора и обеспечивает их надшл овы и c«lo во«дЫ Удал ние твердых примесей иэ фазовых проо- слоек. способствует коалесценции капель фосфора и их осаждение в нижней части реактора. Установлено, что для удовлет3,1011 ворительной степени извлечения и чисто ты фосфора необходимо поддерживать ве совое соотношение воды к твердым примесям равное (5,6-9,5):1. Такое соотношение достигается путем добавления . воды в весовом соотношении к твердым примесям; равным (1,4-5,2): 1. При добавлении воды в соотношении меньшем

1,4: 1 степень извлечения фосфора рыжко . снижается. Добавление воды в соотноше- tO нии более 5,2:1 непелесообразно, так. как при етом соотношении постигается полнота выделения фосфора и дальнейшее разбавление приводит только к снижению производительности переработки шлама a pear- ts торе. Постоянное содержание воды в шпа.ме поддерживают путем конденсапии паров воды в обратнсв холодильнике и возвращения их в реактор, Это позволяет . снизить нижний предел температурного 2а интервала осуществления способа до 315320оК при соответствующих ему давлениях, так как при снижении температуры уменьшаются потери фосфора вследствие его окисления в паровой фазе водой. Ме- э$ ханическое перемешивание интенсифипируетпропесс разделения фосфорного шлама.

Оптимальным режимом перемешива ния мешалкой является 100-200 об./мин.

При режиме первмешивания ниже 40 об/мии 30 интенсивность пропесса извлечения фосфора сравнима с интенсивностью процесса без перемешивания. При числе оборотов мешалки свыше 500 уменьшается степень извлечения фосфора в нижний

3S слой из-за вторичного эмульгирования.

Пример 1. Извлечение фосфора ведут по известному способе. Гранулированный фосфорный шлам, содержащий

45,6 мас.% фосфора, 6,2 мас.% твердых примесей и 48,2 Mac.% воды помещают . в закрытую емкость. Затем фосфорный шлам нагревают до 348оК и под давлением 40,4 кПа проводят обезвоживание шлама в режиме кипения воды при посто янной температуре. Процесс ведут до

4$ прекращения кипения воды. Остатки воды удаляют при. 343 К и давлении 5,3 кПа.

Длительность процесса каждого обезвоживания при навеске шлама, равной 50 r составляет 9 ч 40 мин. Часть фосфора из шлама выделяегся в нижний слой, а основная часть шлама представляет вязкую, нерастекающуюся массу. По оконча« нии опыта фосфорный шлам заливают водой с температурой 348оК и отделяют нижний слой фосфора. Степень извлечения фосфора составляет 38,3% при чистоте фосфора 98,6%.

Пример 2. Фосфорный шлам по примеру 1 помещают в закрытую емкость с обратным хоподильником под защитный сгвй воды. Шлам нагревают до 343 К и снижают давление до 40,4 кПа. Пары фосфора и воды конденсируют в обратном холодильнике и возвращают В реактора

Перемешивание проводят при 100об./мии.

Длительность нагревания при навеске шлама в 50 г равняется 1 ч 40 мин. После нагревания отделяют нижний слой фосфора.

Степень извл®чвния фосфора составляет

98,2%, а чистота фосфора 99,8%.

Сравнительные данные результатов опытов показывают, что. степень извлечения фосфора в пронессе обезвоживания по известному способу составляет 38%, а чистота фосфора равная 98,6%, что не соответствует требуемой чистоте товарного продукта, равной 99,7%.

Пример 3. Фосфорный шлам на веской в 50 r помещают в реактор с обратным холодильником и нагреают до

340оК при интенсивности неремешивания

100 об/мин. Понижают давление s реакторе до 30-34 кПа. Пары фосфора и воды конденсируют в обратном холодильнике и возвращают в реактор. После выдержки

/шлама в режиме кипения при 34CPK g давлении 30-З4 кПа в течение 2 ч отделяют нижний слой фосфора.

Результаты извлечения фосфора из шламов с различным вещественным составом при постоянном объеме воды беэ дополнительного введения воды в шлам приведены в табл. 1.

- Как видно из табл. 1 без дополнитель» ного введения воды в шлам степень извлечения фосфора недостаточно велика и колеблется от 0 до 80%. Обоснование пределов параметра Ж:Т для вводимой в шлам воды подтверждается рядом опытов проведенных по . примеру 4, результаты которых представлены в табл. 2.

Пример 4. Фосфорный шлам, со держащий 80,5% фосфора, 16,1% воды, 3,4% твердых примесей (шлам 2 прыкера

3) разбавляют водой при перемешивании.

Процесс извлечения фосфора осуществляют по и. р и м е р у 3.

Как видно иэ табл. 2 повышение степени чистоты фосфора и увеличение степени извлечения фосфора достигается при поддержании параметра Ж: Т, равнж (1,4-5,2):1.

Влияние времени выдержки шлама в режиме кипения воды в зависимости ar состава шлама указано в примерах 5 и 6.

5 101150

Пример 5. Фосфорюай шлам, щ содержащий 80,5% фосфора 3,5% твердых о примесей и 15,6% воды навеской s . про

50 г разбавляют водой в весовоМ соотношении 3,09: 1, что составляет весовое 5 нос соотношение воды к твердым примесям, M равное 7,09: 1. Процесс осуществляют по примеру 3. Через определенные промежутки времени с помощью капиляра отбирают фосфор из нижнего слоя и вэве- во шивают. Результаты опыта в эависнмост» от длительности процесса представле- ны в табл. 3., Пример 6. Фосфорный шлам, содержащий 42,8% фосфора, 13,5% твер- 1 дых примесей и.43,7% воды (шлам 4 из примера 3) разбавляют водой в весовом соотношении к твердым примесям, равном 3,76:1. После разбавления весовое соотношение воды к твердым при- 20 месям составляет 7,0: 1. Процесс осу

77,1

5,30

99,8

4,13 69 4

99,6

86,5 10,9 2,6

4,19

61,7

99,4

42,8 43,7 1 3,5

37,9 34,4 27,7

3,23

24,9

98,7

0,0

1,24

0,0

69,4

0:1

4,73: 1

6,03: 1

6,14 (.1

7,73: 1

8,73: 1

9,93: 1

10,03.: 1

99,6

1,3:1

85,5

99,6

1,4:1

3,0:1

4,0:1

92,6

99,7

98,3

99,8

99,4

99,8

99,7

5,2:1

99,9

5;3:1

99,7

99,8

5,5:1

10,24: 1

99,7

99,7

7,0:1

9,06: 1

11,74: 1

99,6

99,8

13,74: 1

99,7

99,8

1 70 1 25,1 4,8

2 80,5 16,1 3,4

8 6 ествляют по примеру 5. Результаты пыта в зависимости от длительности цесса представлены в табл. 4.

Влияние перемешивания на интенсивть извлечения фосфора показано в прн ере 7.

Пример 7. Фосфорный шлам, содержащий .80,5 мас,% фосфора, 3,9 мас.% твердых примесей и 15,6мас.% ды навеской в 50 r разбавляют водой в соотношении 3,09:1. Процесс извлечения фосфора проводят по примеру 5 при перемешивании 100 об./мин и беэ перемешивания до полного извлечения фосфора.

Данные опыта представлены в табл. 5.

Использование предлагаемого способа позволяет достичь степень извлечения фосфора до 98,7-99,7%, степень чистоты фосфора до 99,7%, а также осущест вить процесс в Одну технологическую ста» дию и уменьшить энергетические затраты.

Таблица 1 7

101 1508Таблица 3

99,4

0,5

80,1

99,5

99,7

1,0

95,8, 2,0

98,2

99,8

4,0

99,2

7,0

99,8

99,1

Таблица 4

40,6

97,3

liO

60,1

98,5

99,2

2,0

82,3

4,0

91,5

6,0

99,7

8,0

98,1

99,6

10,0

12,0

98,6

99,7 .99,8

98,4

0,5

80Д

95,8 . 98,2

99,1

99,4

1,0

99,5

98,7

2,0

7,0

99,7

98,5

99,8

98

99,7

Составитель В. Гродзовская

Редактор А. Химчук Техред Л.Пекарь Корректор.10. Макаренко

Закю 2665/23 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам иаобретеннй и открытий

113035, Москва,.Ж-35, Раушсиаа ыаб., a. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектыаа, 4