Курсовая работа: Получение экстракционной фосфорной кислоты
Таким образом, наиболее перспективным для нашей промышленности является одностадийный полугидратный процесс, основные преимущества которого заключаются в возможности получения концентрированной фосфорной кислоты (35-37% Р2 О5 против 26-30% Р2 О5 в дигидратном процессе) и увеличение эффективности стадии фильтрации пульпы в 1,5-2 раза по сравнению с дигидратным способом. Применение в качестве исходного фосфатного сырья Кольского апатитового концентрата и полугидратной технологии представляется наиболее благоприятной также потому, что входящие в состав апатита минералы, содержащие редкоземельные элементы и стронций, существенно замедляют процесс перекристаллизации полугидрата сульфата кальция в дигидрат.
2.1. Характеристика исходного сырья
Сырьем для получения фосфорной кислоты являются ортофосфаты – соли ортофосфорной кислоты.
Содержащийся в ортофосфатах ион РО4 3- имеет структуру тетраэдра, расстояние Р-О составляет 1,54-1,60Å. Известны однозамещенные (например, КН3 РО4 ,Са(Н3 РО4 )2 и др.), двузамещенные (например, (NH4 )2 НРО4 , NH4 NаНРО4 и т.д.) и трехзамещенные (например, Са3 (РО4 )2 , NH4 MgPO4 и т.д.) ортофосфаты. При прокаливании кислых ортофосфатов в зависимости от условий нагревания образуются кольцевые мета- или цепные полифосфаты. Однозамещениые ортофосфаты растворимы в воде, из двузамещенных и трехзамещенных растворимы только соли щелочных металлов и аммония. В водных растворах ортофосфаты щелочных металлов гидролизуются. Большинство ортофосфатов, кроме ортофосфатов Bi, Sn, Ti, Zr, Hf, Th, растворимы в сильных кислотах.
Растворимые в воде ортофосфаты получают добавлением необходимых количеств Н3 РО4 к растворам гидроокисей или карбонатов, нерастворимые ортофосфаты получают с помощью реакции обмена. Ортофосфаты Ca, NH4 + используются в производстве фосфорных удобрений, эмалей, матовых стекол, в фармацевтической промышленности, в производстве огнестойких материалов.
2.2. Характеристика готового продукта
Ортофосфорная кислота (Н3 РО4 ) – бесцветные кристаллы, плотность 1,87, температура плавления 42,35°С, теплота образования DН0 298 = -309,4 ккал/моль.
Безводная Н3 РО4 склонна к переохлаждению. При нормальной температуре инертна и ниже 350°С не восстанавливается углеродом и водородом. При повышенных температурax реагирует с большинством металлов и их окислов, действуя даже на кварц, золото и т.д. С водой Н3 РО4 смешивается во всех отношениях. Кипение растворов Н3 РО4 сопровождается разложением и образованием азеотропной смеси, содержащей 91,1-92,1%Р2 О5 (чистая Н3 РО4 содержит 72,4% Р2 О5 ). Для Н3 РО4 окислительные и восстановительные свойства не характерны. При обычной температуре в водных растворах Н3 РО4 взаимодействует лишь с щелочами. При повышенных температурaxи пониженных давлениях Н3 РО4 реагирует со спиртами с образованием эфиров. Однако чаще всего эфиры Н3 РО4 получают взаимодействием спиртов ROH с РОС13 или РС15 .
Фосфорная кислота - важный полупродукт для производства удобрений, технических. реактивов, например, фосфатов аммония, натрия, кальция и т.д. Н3 РО4 применяют в синтезе ряда органических продуктов, в производстве активированного угля, для создания на металлах защитных покрытий. Очищенная, или так называемая пищевая Н3 РО4 , применяется в производстве безалкогольных напитков, фармацевтических препаратов, для приготовления кормовых концентратов и т.д.
2. 3 Модели ХТС
2. 3 .1 Химическая модель
Разложение фосфата при избытке ионов кальция в растворе происходит с образованием фосфополугидрата и монокальцийфосфата (МКФ):
Са5 (РО4 )3 F + 5H2 SO4 + 2,5H2 O ® 3H3 PO4 + 5CaSO4 ×0,5H2 O + HF
Са5 (РО4 )3 F + 7H3 PO4 ® 5Ca(H2 PO4 )2 + HF
Далее, при снижении содержания ионов кальция в фосфорной пульпе, идет взаимодействие МКФ с черной кислотой с перекристаллизацией крупнокристаллических форм полугидрата сульфата