Скорост на сярна киселина
Скоростта на сярна киселина, използвана за разграждане на фосфат, зависи от неговия състав.
Общото уравнение (1) се използва за изчисляване на стехиометричната норма на сярна киселина по време на обработката на апатитен концентрат (съотношението 7H2SC> 4: 3P205 е равно на 686:.426 ■= 1,61 wt. h H2S04 на 1 wt. h P205).
При съдържание в апатитовия концентрат 39,4% P2O5 стехиометричната норма на H2SO4 на 100 тегл. часа суровини е:.39,4-1.61= 63.4 тегл. ч. За да се ускори разлагането на апатита, се прилага практическа норма на разход на сярна киселина, равна на 68-72 тегл. часа на 100 тегл. включително апатитен концентрат.
За разлагането на фосфорити беше предложено 43 да се изчисли скоростта на сярна киселина въз основа на следните моларни съотношения:Съгласно уравнение (1):
Фиг. 217. Общ изглед на зависимостта на степента на разлагане на фосфата от концентрацията на изходната сярна киселина (nzochromia).
Първият етап на реакцията е химическо разтваряне, усложнено от утаяването на плътни или относително рохкави порести кори от калциев сулфат върху фосфатните зърна. Плътните корички значително възпрепятстват дифузията на течната фаза към повърхността на фосфата и следователно реакцията се забавя; разхлабените кори забавят реакцията в по-малка степен. Структурата на получената кора се определя от скоростта на кристализация на твърдата фаза, която зависи главно от пренасищането на разтвора с калциев сулфат. Следователно скоростта на разлагане на фосфата се определя не само от активността (концентрацията) на киселината, но и от степента на нейното пренасищане с продуктите на реакцията. На фиг. 217 показва общ изглед на зависимостта на степента на разлагане на фосфата за определено време (изохрон) от концентрацията на изходната сярна киселина. С увеличаване на концентрацията на разредени разтвори(започвайки от нула) и намаляване на концентрацията на силни разтвори (от 100% H2SO4), тяхната активност се увеличава и скоростта и следователно степента на разлагане се увеличават. Въпреки това, започвайки от определени киселинни концентрации (малки и големи), пренасищането на системата с калциев сулфат се увеличава. Това води до намаляване на скоростта и степента на разлагане както в областта на ниските, така и в областта на високите киселинни концентрации. Поради тази причина кривата на фиг. 217 има два максимума. Минимумът между тях характеризира областта на най-голямото пренасищане на пукнатината с калциев сулфат с образуването на кора, която трудно се образува от киселина върху фосфатните зърна. Положението на максимумите (концентрацията на киселината и степента на разлагане на фосфата) зависи от вида на суровината, съотношението T : L, температурата и др.
Инхибирането на разлагането на фосфат от киселина може да се дължи на кристализацията на калциев сулфат върху повърхността на фосфатните зърна директно от дифузионния граничен слой 91 ± 93 и в резултат на това забавянето на дифузията на Ca2+ йони в основния разтвор. Микроскопските наблюдения показват8, че ефектът от пасивирането на фосфатните зърна се определя от размера и формата на получените кристали на калциев сулфат. При високи концентрации на сярна киселина (над 63%) течната фаза бързо се пренасища с калциев сулфат, в резултат на което се утаяват голям брой малки (5–7 μm дълги и 1–2 μm широки) кристали CaSO4-0.5H20 и CaSO4 под формата на игли, образувайки отлагания, които покриват почти цялата повърхност на апатитните зърна. Това забавя реакцията, в резултат на което процесът не е достатъчно завършен и суперфосфатната маса с недостатъчно количество калциев сулфат не се втвърдява добре. Съдържащата се в него течна фаза остава на повърхността на твърдите частици и резултатът не е ронлив, а “размазващ” продукт с лоши физични свойства.Имоти. При концентрации на сярна киселина под 63%, течната фаза се пренасища в по-малка степен, така че относително големи кристали на калциев сулфат (10-15 микрона) се отделят. Те не покриват повърхността на фосфатните зърна с непрекъснат слой, а образуват пореста рохкава кора, която в по-малка степен затруднява дифузията на киселина към зърната. Следователно реакцията протича бързо и се получава сух ронлив продукт, тъй като останалата течна фаза се абсорбира в порите между кристалите.
Колкото по-ниска е концентрацията на сярна киселина, толкова по-големи са кристалите; в този случай кристалите CaSO4 • 0.5H20 запазват игловидната си форма, докато CaSO4 образува плочи и призми.
Въпреки това, използването на ниска концентрация на киселина (в диапазона на левия максимум на фиг. 217) води до факта, че с нея се въвежда твърде много вода и се образува невтвърдяваща каша вместо твърд продукт.
Образуването на сулфатна кора върху фосфатните зърна се дължи на адхезията94 към тях на много по-малки (утайка) кристали от полухидрат или анхидрит на калциев сулфат под въздействието на междумолекулни95 или електростатични сили на привличане96. Сулфатната обвивка се образува 94 в резултат на слепването на кристали по-малки от 5-10 микрона. Кристалите с размери над 30-40 микрона, близки по размер до апатитните зърна, почти не се придържат към повърхността им и не образуват утайка.Размерите на образуваните кристали на калциев сулфат зависят от условията на кристализация, главно от степента на пренасищане на течната фаза. При периодично смесване на фосфатно брашно от сярна киселина в течната фаза в началния момент има само сярна киселина с първоначалната концентрация. При тези условия за разлагането на апатитовия концентрат трябва да се използва сярна киселина с концентрация 61,7-64,0%, а за Каратау 107 фосфорити,сярна киселина с концентрация 65-65,5%. Използва се сярна киселина с тази концентрация, тъй като при по-концентрирана сярна киселина, поради високата начална скорост на процеса, от самото начало на реакцията върху фосфатните зърна се образуват плътни кори от калциев сулфат, забавящи по-нататъшното му разлагане. Получава се бавно втвърдяващ се суперфосфат с незадоволителни физични свойства.
При непрекъснато подаване на смесителя с непрекъснат изход на сместа през преливника, смесителят съдържа постоянен обем пулп, съдържащ фосфорна киселина в течната фаза. Въведената сярна киселина веднага се разрежда с течната фаза на реакционната маса, което позволява да се избегнат неблагоприятни условия, водещи до образуване на непропускливи кори, въпреки използването на относително концентрирана (до 68,5-69,5%) сярна киселина. При тези условия се осигурява относително висока скорост на разлагане на фосфати и получаване на суперфосфат с добри физични свойства91'105'106.
Концентрацията на сярна и фосфорна киселини в течната фаза на целулозата и степента на разлагане на фосфата в смесителя са взаимно свързани величини. Експериментално43 са установени максималните концентрации на сярна киселина в течната фаза на суперфосфатната маса43, при които разлагането на апатита протича практически без забележимо инхибиране на реакцията. Колкото по-висока е първоначалната концентрация на сярна киселина, толкова по-висока степен на разлагане на апатита трябва да се поддържа в смесителя и толкова по-ниско трябва да бъде съотношението H2SO4:H3PO4 в течната фаза, за да може процесът да протече без образуване на непропускливи кори върху фосфатните зърна.
Оптималният режим на концентрация се осъществява чрез избор на продължителността на престоя на пулпата в миксера. За тази цел полезният обем на миксера се променя чрез регулиране на нивото на пулпата. В началнияконцентрация на сярна киселина 68,5-69,5% времето за престой на целулозата в смесителя е настроено 5-7min43.
При условия на непрекъснато разбъркване, разлагането на фосфоритите на Каратау се извършва със сярна киселина със същата концентрация като апатитовия концентрат.
Изборът на концентрация на сярна киселина зависи не само от метода на смесване на реагентите, но и от фиността на смилането на фосфата, съотношението W : T в суперфосфатната маса и температурата на процеса 108,
Скоростта на реакцията на разлагане на фосфати със сярна киселина се увеличава силно с повишаване на температурата 92, 93-108 от 50 до 90-100 ° и повече. Необходимият температурен режим за разлагането на фосфатите се определя от топлината на реакцията и топлинното съдържание на фосфата и сярната киселина. Топлинният ефект от реакцията на разлагане на флуорапатит в първия етап се изчислява43 от топлината на образуване:
Оптималната температура на сярна киселина за разлагане на апатитен концентрат при непрекъснато смесване на реагентите:
КонцентрацияH2S04, %. . 64.0 65.5 67.0 68.5Температура, °С 65 - 70 60 - 70 55 - 65 50 - 60
През зимата температурата на сярната киселина трябва да бъде с 5-10° по-висока. По време на обработката на фосфорити Каратау по периодичен начин температурата на сярната киселина се поддържа на 40-50 ° през лятото и 50-60 ° през зимата 70'107. При оптимални условия температурата на пулпата, излизаща от смесителя, е в границите 110-115°. В камерите температурата на суперфосфата достига 115-120°. Намаляването на температурата на пулпата при посочените температури на сярна киселина показва недостатъчно разлагане на фосфата.
Работата на бъркалките в смесителите трябва да осигури хомогенност на пулпата и възможно най-висок дебит на течната фаза спрямо повърхността на фосфатните частици. Разбъркването ускорява дифузионния обмен на йони вграничния слой и обема на разтвора и увеличава скоростта на реакцията на разлагане на фосфата.
Режимът на турбулентно смесване също така намалява степента на пренасищане на разтвора в граничния слой, което допринася за образуването на по-големи кристали на калциев сулфат и, следователно, по-пропускливи филми върху фосфатните зърна. Това от своя страна ускорява разлагането. При неблагоприятни концентрационни и температурни условия е невъзможно значително да се ускори процесът на разлагане на фосфати само чрез интензификация на смесването.
Гранулометричният състав на фосфатното брашно значително влияе върху скоростта на неговото разлагане. Фините фракции на брашното се разлагат бързо. Големите частици (80-100 микрона) се разлагат бавно. В първия етап първи реагират най-реактивните малки фосфатни частици. с активна сярна киселина, а във втория етап по-малко активната фосфорна киселина взаимодейства с останалите големи частици с относително ниска реактивност. Премахването на това явление е една от важните задачи за подобряване на технологията за производство на суперфосфат.
Стандартите (виж глава XXIII) за апатитов концентрат и фосфатна скала Каратау позволяват броят на частиците с размер>150 микрона да бъде не повече от 14%. В същото време е необходимо 110-112, така че броят на частиците с размер
Технология на минералните соли (торове, пестициди, индустриални соли, оксиди и киселини)
Получаване на хлорен диоксид от натриев хлорит
Когато натриевият хлорит взаимодейства с хлора, се образува натриев хлорид и се отделя хлорен диоксид: 2NaC102 + C12 = 2NaCl + 2 CIO2 Преди това този метод беше основният за получаване на диоксид ...
Схеми с двустепенна амонизация
На фиг. 404 показва производствената схемадиамонитро - фоска (тип TVA). Фосфорната киселина с концентрация 40-42,5% P2O5 от колектора 1 се подава от помпа 2 към резервоар под налягане 3, от който непрекъснато се ...
АМОНИЕВ СУЛФАТ
Физични и химични свойства Амониевият сулфат (NH4)2S04 е безцветни ромбични кристали с плътност 1,769 g/cm3. Техническият амониев сулфат има сивкаво-жълтеникав оттенък. При нагряване амониевият сулфат се разлага със загуба на амоняк, превръщайки се в ...