Виробництво фосфатної кислоти

Екстракційний метод

Н₃PO₄ – безбарвна кристалічна речовина, Т_плавл. = 42,4°С, гігроскопічна, розпливається на повітрі. В переохолодженому стані – густа масляниста рідина d = 1,88 г/см³. Змішується з водою довільно.

Сульфатнокислотний розклад кальцій фосфату – це гетерогенний незворотний процес, що описується рівнянням:

3Ca₃(PO₄)₂ ∙ CaF₂ + 10H₂SO₄ = 10CaSO₄ + 6H₃PO₄ + 2HF

фторапатит

Для утворення крупних кристалів CaSO₄, що легко відокремлюються необхідно:

- сульфатна кислота низької концентрації;

- тривалий час екстракції (4-8 год);

- перемішування;

- надлишок H₂SO₄.

Електротермічний метод

Метод заснований на відновленні фосфатів, з наступним окиснення фосфору і гідратацією P₂O₅:

Ca₅(PO₄)₃ ·F → P_n → P₂O₅ → H₃PO₄

І стадія: 2Ca₅(PO₄)₃·F+15С + 6SiO₂↔3P₂ + 15CO + 3(3CaO·SiO₂) + CaF₂ −1730кДж

Процес проводять за Т = 1400°С впродовж 20 хв. Для зміщення рівноваги реакції вправо в систему вводять SiO₂, Al₂O₃, алюмосилікати, що утворюють шлаки.

ІІ стадія: 2P_{2 рід.} + 5О_{2 газ} = P₄О_{10 тверд.} + 753 кДж.

Т = 1000-1400°С, 2-кратний надлишок диоксигену.

ІІІ стадія: Гідратація відбувається у дві стадії:

P₄О₁₀ + 2Н₂О = 4HPO₃ + Q метафосфатна кислота

HPO₄ + Н₂О = H₃PO₄ + Q ортофосфатна кислота.

Виробництво суперфосфату

Простий суперфосфат

Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ = 5CaSO₄ + 3H₃PO₄ + НF × 7

Ca₅(PO₄)₃F + 7H₃PO₄ = 5Ca(H₂PO₄)₂ + НF ×3

7Ca₅(PO₄)₃F + 35H₂SO₄ = 35CaSO₄ + 21H₃PO₄ + 7НF

3Ca₅(PO₄)₃F + 21H₃PO₄ = 15Ca(H₂PO₄)₂ + 3НF

10Ca₅(PO₄)₃F + 35H₂SO₄ = 35CaSO₄ + 15Ca(H₂PO₄)₂ + 10НF:5

2Ca₅(PO₄)₃F + 7H₂SO₄ = 7CaSO₄ + 3Ca(H₂PO₄)₂ + 2НF

Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ гідратується 1 моль Н₂О.

Ca(H₂PO₄)₂ ∙H₂O + 2CaSO₄ простий суперфосфат

Наявність CaSO₄ призводить до:

- загіпсовування грунтів;

- закислення грунтів.

Подвійний суперфосфат

Це концентроване безбаластне добриво, сірого кольору, гранульоване.

Хімізм процесу:

Ca₅(PO₄)₃F + 7H₃PO₄ + 5Н₂О = 5Ca(H₂PO₄)₂ · Н₂О + НF + 132 кДж

Процес – гетерогенний незворотний екзотермічний. У виробництві подвійного суперфосфату використовують три методи:

1. Камерний метод - з використанням камер неперервної дії, з витримкою продукту на складі (дозрівання).

ω(%)(H₃PO₄) = 50-58%; (P₂O₅) з 110% надлишком.

2. Камерно-поточний метод – з використанням камер, але без складського дозрівання.

ω(%)(H₃PO_{4 екстракційна}) = 47-49%; стехіометричне співвідношення.

3. Поточний (безкамерний) метод – розклад сировини відбувається в дві стадії:

І стадія: відбувається в реакторі, ступінь розкладу 50%;

ІІ стадія: відбувається при підвищеній температурі в сушарках різного типу:

- розпорошувальних (РС);

- барабанних грануляторах (БГС);

- розпорошувальних сушилках-грануляторах киплячого шару (РКШГ).

Преципітат

Добриво отримується шляхом нейтралізації ортофосфатної кислоти вапняковим молоком або вапняком за наступними схемами:

H₃PO₄ + Са(ОН)₂ = СаHPO₄ · 2Н₂О

H₃PO₄ + СаСО₃ + Н₂О = СаHPO₄ · 2Н₂О + СО₂.

Кальцій гідрофосфат, що утворюється в наслідок нейтралізації ортофосфатної кислоти, випадає в осад. Його відфільтровують і висушують. Преципітат містить 30-35% P₂O₅ в цитраторозчинній, або засвоюваній формі.