Công nghệ sản xuất các chất vô cơ (ThS. Nguyễn Văn Hòa) - Chương 4. Bài 1

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 4. Sản xuất các hợp chất của photpho - Bài 1. Sản xuất axit photphoric - Bọt photphorit là dạng phân lân khó hòa tan. Hiệu quả nông hóa và khả năng phản ứng của bột photphorit tùy thuộc vào mức độ nghiền mịn của nó (theo tiêu chuẩn thì bột photphorit không được chứa quá 10% những hạt có kích thước lớn hơn 0,18mm).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ sản xuất các chất vô cơ (ThS. Nguyễn Văn Hòa) - Chương 4. Bài 1

CHƯƠNG 4 -SAÛN XUAÁT CAÙC HÔÏP CHAÁT CUÛA PHOTPHO M Ở Đ ẦU 1. Quặng apatit 2. Khoáng photphoric BÀI 1 – SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC 1. Tính chất - ứng dụng 2. Các phương pháp sản xuất BÀI 2 – SẢN XUẤT PHÂN LÂN 1 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
BAØI : MÔÛ ÑAÀU Caùc hôïp chaát cuûa phospho trong töï nhieân: -Quaëng apatit -Khoaùng photphorit -Phaân chim, xöông ñoäng vaät 1. Quaëng apatit ( 3Ca3(PO4)2.CaX2 ) Tinh theå apatit thuoäc heä luïc giaùc, coù maøu saéc khaùc nhau (xanh, xaùm, vaøng luïc, lam, tím) tuyø theo loaïi quaëng Tyû troïng: 3,18 – 3,21 Nhieät ñoä noùng chaûy 1400 – 15700C Khoù tan trong nöôùc Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa tinh quaëng apatit: 42,22% P2O5, 55,59% CaO, 3,77% F 2 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
Apatit ôû Laøo Cai coù thaønh phaàn khaù phöùc taïp, coù theå chia thaønh 4 loaïi sau: Loaïi 1: 35% P2O5 chieám 12,5% Loaïi 2: 20-26% P2O5 chieám 45,25% Loaïi 3: 12 – 18% P2O5 chieám 42,25% Loaïi 4: 4-10% P2O5 CÔNG TY APATIT VIỆT NAM Đặc tính kỹ thuật quặng apatit Tinh Quặng 1 Quặng 2 Quặng 3 Quặng 4 quặng tuyển 32 ÷34 22 ÷ 24 32 ÷ 34 14 ÷ 18 P2O5 (%) 10 43 ÷46 40 ÷ 44 37 ÷ 40 18 ÷ 22 CaO (%) 8 ÷16 5÷8 12 ÷ 15 46 ÷ 50 SiO2 (%) 1,5 ÷2 1,8 ÷ 2 1,5 ÷ 1,7 3,5 ÷ 4 Fe2O3 (%) 2 ÷2,5 2 ÷ 2,5 0,6 ÷ 1 3,2 ÷ 4 Al2O3 (%) 18 ÷ 22 H2O (%) 12 4 18 3 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
2. Khoaùng photphorit Laø khoaùng ñöôïc taïo thaønh do quaù trình traàm tích cuûa caxiphotphat töø nöôùc bieån. [xCa10(PO4)6F2 + yCa10P5CO23(F, OH)3] Khoaùng photphorit coù maøu naâu hoaëc vaøng. Ít huùt aåm, khoâng keát dính nhöng ñoä phaân taùn keùm. Boät photphorit laø daïng phaân laân khoù hoøa tan. Hieäu quaû noâng hoùa vaø khaû naêng phaûn öùng cuûa boät photphorit tuøy thuoäc vaøo möùc ñoä nghieàn mòn cuûa noù (theo tieâu chuaån thì boät photphorit khoâng ñöôïc chöùa quaù 10% nhöõng haït coù kích thöôùc lôùn hôn 0,18mm). 3. Phaân chim, xöông ñoäng vaät 4 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
BAØI 2: SAÛN XUAÁT AXIT PHOTPHORIC 1. Tính chaát vaø öùng duïng Teân axit Tyû leä H2O:P2O5 Haøm löôïng % P2O5 H3PO4 Octophotphoric (H3PO4) 3:1 72,4 100 Polyphotphoric (H4P2O7) 2:1 79,8 110 Tripolyphotphoric (H5P3O10) 1,66:1 82,7 114,1 Tetrapolyphotphoric (H6P4O13) 1,5:1 83,9 115,8 Pentapolyphotphoric 1,4:1 84,9 117,1 Metaphotphoric (HPO3)4 1:1 88,4 121,9 H3PO4 + H2O ⇔ H3O+ + H2PO4- K1 = 7,52.10-3 H2PO4- + H2O ⇔ H3O+ + H2PO42- K2 = 6,31.10-8 H2PO42- + H2O ⇔ H3O+ + H2PO43- K3= 2,2.10-13 5 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
ứng dụng: Photphat Chaát caûm hoùa Thöùc aên quang gia suùc Laøm Natri Canxi Thuoác Axit meàm photphat photphat ñaùnh photphoric nöôùc raêng Phaân boùn Phaân Xi maêng Chaát choáng boùn: traéng chaùy NP,NPK 6 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
Phöông phaùp nhieät 2. Caùc phöông phaùp saûn xuaát: Phöông phaùp trích ly 2.1 Saûn xuaát axit photphoric baèng phöông phaùp nhieät Thaêng hoa photpho Goàm 2 giai ñoaïn: Oxi hoùa photpho vaø haáp thu taïo axit photphoric Cô sôû quaù trình thaêng hoa photpho Quaù trình thaêng hoa photpho xaûy ra caùc phaûn öùng sau: Ca3(PO4)2 + 5C → P2 + 5CO + 3CaO - 413Kcal (1) 2Ca5(PO4)3F + 15C + 6SiO2 → 3P2 + 15CO + 3Ca3Si2O7 + CaF2 (2) 7 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
Quaù trình thaêng hoa photpho xaûy ra caùc phaûn öùng phuï: Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO Ca3P2 + 6C → CaC2 + P2 4Fe2O3 + 12C + P4 → 12CO + 4Fe2P 2CaF2 + SiO2 → 2CaO + SiF4 3SiF4 + 3H2O → 2H2SiF6 + H2SiO3 Caùc yeáu toá laøm taêng toác ñoä phaûn öùng Quaù trình oxi hoùa vaø haáp thu taïo axit photphoric P4 + 5O2 → P4O10 P4O10 + 2H2O → 4HPO3 HPO3 + H2O → H3PO4 Axit thu ñöôïc coù 85 – 86% H3PO4 töùc 61,6 – 62,3% P2O5 8 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
9 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
10 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
2.2. Saûn xuaát axit photphoric theo phöông phaùp trích ly. Phöông phaùp trích ly – phaân huûy photphat baèng axit sulfuric Thaønh phaàn caùc taïp chaát coù trong axit: 22 – 48% P2O5 1,5 – 3% SO3 0,3 – 2%Fe2O3 0,5 – 1% Al2O3 ≤ 0,4% CaO ≤ 3% MgO 0,4 – 1,8% H2SiF6 2.2.1 Cô sôû lyù thuyeát cuûa quaù trình phaân huûy a. Quaù trình hoùa hoïc Ca5(PO4)3F (R) + 5H2SO4 (L) → 3H3PO4(L) + 5CaSO4.pH2O(R) + HF(K) + 105,9 Kcal Ca5(PO4)3F (R) + 5H2SO4 (L) + nH3PO4 → (3+n)H3PO4(L) + 5CaSO4.pH2O(R) + HF(K) 11 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
Caùc phaûn öùng phuï: -Khoaùng dolomit: Ca,Mg(CO3)2 + H2SO4 → Ca,Mg(SO4)2.pH2O + CO2 -Khoaùng silicat: SiO2 + HF → SiF4↑ + 2H2O SiF4 + 2HF → H2SiF6 (Na2SiF6↓, K2SiF6↓) - Oxit saét, nhoâm: R2O3 + 3H2SO4 → R2(SO4)3 + 3H2O R2(SO4)3 + 2PO43- → RPO4↓ + 3SO43- b. Toác ñoä phaûn öùng Baûn chaát cuûa quaù trình phaân huûy apatit baèng axit sunfuric ? Yeáu toá cô baûn xaùc ñònh toác ñoä phaân huûy photphat baèng axit sunfuric laø toác ñoä khueách taùn cuûa ion Ca2+ töø beà maët haït photphat vaøo dung dòch vaø toác ñoä khueách taùn ion H+ töø beân trong dung dòch ñeán beà maët haït photphat. 12 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
H2O 20 20 40 40 60 60 80 80 H3PO4 80 40 20 60 H2SO4 13 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
Möùc 5 ñoä 4 3 phaân huûy, 2 1 % Möùc ñoä phaân huûy, % Noàng ñoä H2SO4, % 60 120 180 240 300 360 phuùt 1- 500C 2- 600C 3- 700C 4 – 800C 5 – 900C 14 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
Toác ñoä quaù trình phaân huûy apatit seõ taêng leân trong nhöõng yeáu toá vaø ñieàu kieän laøm taêng ñoä tan cuûa canxi sunfat Noàng ñoä canxi sulfat % %P2O5 %P2O5 Ñoä tan cuûa canxi sunfat theo noàng Ñoä tan cuûa canxi sunfat theo noàng ñoä axit ôû 800C ñoä axit ôû 250C 15 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
2.2.2 Cô sôû quaù trình coâng ngheä Quaù trình saûn xuaát axit photphoric goàm 2 giai ñoaïn: - Phaân huûy photphat baèng axit sulfuric - Loïc axit photphoric 16 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
Phaûn öùng toång quaùt cuûa quaù trình phaân huûy: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + nH3PO4 → (n+3)H3PO4 + 5CaSO4.pH2O + HF Söï keát tuûa dihydrat trong ñieàu kieän ñieàu cheá axit H3PO4 noàng ñoä 30-35%P2O5 ôû 60-800C. Söï keát tuûa hemihydrat trong ñieàu kieän ñieàu cheá axit H3PO4 noàng ñoä 42-48%P2O5 ôû 85-950C. Söï keát tuûa anhydric trong ñieàu kieän ñieàu cheá axit H3PO4 noàng ñoä 47%P2O5 ôû 105-1180C. 17 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
a. Phöông phaùp dihydrat Löôïng axit sunfuric tính theo lyù thuyeát (Norma axit): N = [CaO].98 / 56 = 1,75[CaO] Cöôøng ñoä khuaáy troän khoái phaûn öùng laø 1 yeáu toá ruùt ngaén quaù trình phaân huûy: 4 – 6 m/sec Ñeå ñaït ñöôïc söï chuyeån ñoäng hoãn loaïn cuûa khoái phaûn öùng caàn duy trì tyû leä L:R L : R = 2,5:1 – 3,5:1 Kích thöôùc tinh theå canxi sunfat caøng lôùn, hình daïng ñôn giaûn thì caøng deã loïc, röûa vaø hieäu quaû kinh teá: kích thöôùc tinh theå hôïp lyù: daøi 200-400μm, roäng 100-200 μm Nhöôïc ñieåm cuûa Phöông phaùp dihydrat Axit photphoric thu ñöôïc coù noàng ñoä thaáp : vôùi tinh quaëng apatit 26 – 32% P2O5 vôùi photphorit 23-26% P2O5 18 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
b. Quaù trình hemihydrat Nhieät ñoä phaûn öùng khoaûng 900C vaø noàng ñoä axit photphoric 42 – 48% P2O5 ñoái vôùi tinh quaëng apatit vaø 38 – 42% P2O5 ñoái vôùi khoaùng photphorit tuyeån noåi Quaù trình hydat xaûy ra khi giaûm nhieät ñoä: CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O → CaSO4.2H2O Noàng ñoä ion SO42- trong quaù trình naøy nhoû hôn so vôùi quaù trình dihydrat vì vaäy tinh theå hemihydrat coù kích thöôùc lôùn neân deã loïc, röûa Quy trình naøy coù theå taùch 50%flo ôû daïng khí vaø coøn laïi trong dung dòch khoaûng 26%flo. Vì vaäy coù theå thu ñöôïc axit photphoric coù ñoä tinh khieát cao hôn vaø heä soá söû duïng flo ôû daïng khí cuõng cao. Öu ñieåm cuûa Phöông phaùp hemihydrat Ñieàu cheá axit photphoric coù noàng ñoä cao hôn töùc laø cho pheùp giaûm ñi theå tích cuûa caùc thieát bò chuû yeáu (thieát bò phaûn öùng, thieát bò loïc) 19 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1
c. Quaù trình anhydric Do thöïc hieän phaûn öùng ôû nhieät ñoä cao daãn ñeán söï aên moøn thieát bò lôùn, haøm löôïng axit sunfuric trong axit photphoric lôùn vaø naêng suaát loïc cuûa quaù trình thaáp neân phöông phaùp naøy khoâng ñöôïc söû duïng trong thöïc teá. 20 12/7/2010 604005 - Chuong 4 - Bai 1