Мавзу: эфкни аммиак билан нейтраллаш технологияси ва иссиқлик баланслари

1.2. Экстракця фосфор кислота олишнинг дигидрат усули
Жахон амалиётида (шу билан биргаликда бизнинг мамлакатимизда хам) экстракця фосфор кислота ишлаб чиқариш нисбатан содда ва ишончли бўлганлиги сабабли кўпчилик холларда термик усулда асосланган. Узбекистондаги «Аммофос» ишлаб чиқариш бирлашмаси (Олмалик) ва Самарканд кимё заводи технологик системаси хар бир навбатининг йиллик лойиха қуввати 136 минг т/ P₂O₅ га тенг. Бу ишлаб чиқариш корхоналарида Қоратоғ ва Қизилқум фосфоритларидан экстракция фосфор кислота ва ундан амммофос олинар эди, бугунги кунда Қизилқум фосфоритидан ишлатиш муаммолари хал қилинмоқда.
Термик фосфат кислота ишлаб чиқариш. 9 – расмда циркуляцион икки минорали тизимда фосфат кислота ишлаб чиқариш тасвири келтирилган. Суюқ фосфор омбордан насос ёрдамида дозатор орқали ёндириш минораси 2 нинг форсункаси 1 га берилади. Ёндириш минораси кесик конус (пастки қисми кичрайиб борадиган) шаклида бўлади, ҳосил бўлган кислота томчилари миноранинг ички деворларида бир текисда тарқалиб, юпқа қават ҳосил бўлишини таъминлайди ва суюқлик пастга девор юзасидан оқиб тушади. Бу эса минора ички деворини қайнок фосфор алангасининг емирувчилик таъсиридан сақлайди. Фосфор ёнишининг назарий харорати 3500^ОС атрофида бўлади. Аммо, фосфорнинг ёнишида икки ҳисса кўп миқдордаги ҳаво ишлатилади ва натижада аланга харорати 2100-1800^ОС гача пасаяди. Газнинг кейинги совиши кислотадаги сувнинг буғланиши ҳисобига кетади. Ҳавонинг ортиқча миқдорда олиниши фосфорнинг қуйи оксидларини ҳосил бўлишини, уларнинг гидратланиши натижасида эса маҳсулотни ифлослантирувчи кислоталар (Н₃РО₂, Н₃РО₃) ҳосил бўлишини олидини олиш учун зарурдир.

9 – расм. Циркуляцион икки минорали тизимда термик фосфат кислота ишлаб чиқариш тасвири:
1 – форсунка; 2 – ёндириш минораси; 3 – иккиламчи ҳавони узатиш учун чиғаноқ; 4 – юклаш насослари; 5 – ёндириш минораси айланувчи кислотасининг йиғгичи; 6 – пластинкали иссиқлик алмаштиргич; 7 – кислотали форсунка канал (коллектор) лари; 8 – совутиш-гидратлаш минораси; 9 - совутиш-гидратлаш минораси айланувчи кислотасининг йиғгичи; 10 – электрофильтр; 11 – кислота йиғгич; 12 – қуйруқ газ вентилятори; 13 – газ чиқариш қувури; 14 – конденсат йиғгичи
Газ ҳароратининг юқори (800-1000^ОС) бўлишлиги ҳисобига Р₂О₅ нинг гидратланишида дастлаб буғ ҳолатдаги метафосфат кислота, унинг кейинчалик совитилиши ва гидратланишидан тумансимон ортофосфат кислота ҳосил бўлади. Фосфорнинг чангланиши форсункага келувчи буғ билан 70-80^ОС гача қиздирилган бирламчи қисилган ҳаво ёрдамида амалга оширилади. Иккиламчи ҳаво ёндириш минорасига чиғаноқ 3 орқали юборилади. Фосфорнинг оксидланишидан ажраладиган иссиқлик минора томи кисмидан узатиладиган айланувчи сувга ҳамда йиғгич 5 ва иссиқлик алмаштиргич 6 орқали миноранинг юқорисига 46-50^ОС хароратда юклаш насоси 4 ёрдамида қуйиладиган айланувчи фосфат кислотага юттирилади ва бу суюқликлар миноранинг деворларидан юпқа қават ҳосил қилган ҳолда оқиб тушади. Бундан ташқари, кислота минора ичида жойлаштирилган уч қават кислотали форсункалар 7 да сачратилади. Иссиқлик алмаштиргич 6 да совутилган кислотанинг бир қисми омборга тайёр маҳсулот сифатида чиқарилади. Ёндириш минорасида 60% гача Р₄О₁₀ абсорбцияланади, қолган қисми эса – йиғгич 9 ва иссиқлик алмаштиргич 6 орқали айланувчи кислота билан совутиш-гидратлаш минораси 8 да ушлаб қолинади (уларда кислота харорати 25-27^ОС гача пасаяди). Йиғгич 9 даги кислота йиғгич 5 орқали айланувчи кислотага қўшилади.
Совутиш минорасига кирувчи газ харорати 85-100^ОС, чиқувчи газ харорати эса 45-55^ОС бўлади. Бу минорадан чиқувчи газ таркибида 50 г/см³ (н.ш. да) фосфат кислота тумани ҳолатидаги Р₂О₅ бўлади. Уни электрофильтр 10 да тутиб қолинади. Умумий тутиб колиш даражаси 99,9% ни ташкил этади. Электрофильтрдаги кислота йиғгич 11 га, ундаги эса йиғгич 9 га оқиб тушади. Қуйруқ газ вентилятори 12 ёндириш минорасидаги иккиламчи ҳавони суриб олади ва уни газ чиқариш қувури 13 га атмосферага чиқариб юбориш учун пуркайди. Атмосферага чиқарилувчи газ таркибида 80 мг/см³ дан кам миқдордаги (н.ш. да) Р₂О₅ бўлади. Қуйруқ газ вентилятори ва газ чиқариш қувуридаги конденсат йиғгич 14 га оқиб тушади.
Ёндириш ва совутиш миноралари полиэтилен, диабразив плитка ва кислотабардош ғиштлар билан ҳимояланган металл қобиққа эга бўлади. Ёндириш минорасининг ўртача диаметри 5 м, баландлиги эса 13 м бўлади. Совутиш минораси 3,2 м диаметрга, 13 метр баландликка эга ва унда икки қатор Рашиг ҳалқали тўлдиргич бор. Электрофильтр 40-90 минг в кучланишдаги дойимий ток манбаига уланади.
Баён этилган система йилига 60 минг т 100% ли Н₃РО₄ ишлаб чиқариш унумдорлигига эгадир. Унда 2,5-3 т/соат фосфор қайта ишланади. 1 тонна термик фосфат кислота (100% ли Н₃РО₄ ҳисобида) ишлаб чиқариш учун 0,32-0,33 т сариқ фосфор сарфланади.
Термик фосфат кислота таркибида жуда оз миқдордаги бегона қўшимчалар бўлади: SO₃, R₂O₃, Pb, F, SiO₂ нинг миқдори фойизнинг юз ёки мингдан бир улушини, As нинг миқдори эса 0,002-0,004% ни ташкил қилади.
Шундай қувват билан ЭФК ишлаб чиқаришда темир-бетонли корпус билан никобланган тўрт бурчакли ун секцияли экстрактор (ишчи хажми 740 м³) ёки икки банкали (биридан иккинчисига суюқлик уз-узича оқиб тушувчи ва бир-бирига боғланган икки цилиндрик реактор), актив фильтрлаш сирт юзаси 80 м² (умумий сирт юзаси — 100 м²) бўлган қайиқли карусел вакуум-фильтр ва қўшимча жихозлар мажмуасидан иборат технологик тизимдан фойдаланилади. Экстракторларининг хажми 1500 м³ дан катта ва фильтр сирт юзаси 135 м² бўлган кучли системалар хам ишлатилади. Экстракция тизимини бунданда катталаштириш ғоялари хам мавжуддир. [8].
10 — расмда апатит концентратидан фосфор кислота (28-32% P₂O₅) ишлаб чиқаришнинг принципиал схемаси тасвирланган (шунга ўхшаш схема бўйича Қоратоғ фосфоритидан 20-22% P₂O₅ концентрацияли кислота олинади). Фосфатнинг парчаланиши ~900 м³ хажмли экстракторда (тўлдирилиш коэффиценти 0,8) амалга оширилади. Экстрактор ЗИ-35 маркадаги хромникелмолибденли пўлат (ёки кислотабардош материаллар билан химояланган Ст.З) дан тайёрланган иккита (диаметри 13 м, баландлиги 5,3 м бўлган) цилиндрик реактордан таркиб топган. Хар бир реакторга битта марказий пропеллерли (йўналтирувчи аппаратнинг куракларини бураб қуввати ўзгартириладиган гидравлик трубинали) ва саккизта трубинали аралаштиргичлар ўрнатилган бўлади. Биринчи реакторга бункер 1 дан оғирлик ўлчов меъёрлаштиргич 2 орқали узлуксиз суратда апатит концентрати киритилади. Худди шу ерга мунтазам равишда барометрик йиғгич 16 дан ботирма насослар ёрдамида айланма фосфат кислотаси, вакуум-буғлатгичли қурилмадан келадиган циркуляцияли суспензия [циркуляциянинг қайтарилиши (8-12):1 нисбатда бўлади ва сульфат кислота юборилади (сульфат кислотанинг бир қисми ёки тўла иккинчи реакторга хам берилиши мумкин).

10. — расм. Дигидрат усулда экстракця фосфр кислота ишлаб чиқариш схемаси:

1 — фосфатли хом ашё учун бункер; 2 — оғирлик ўлчовчи меъёрлагичи; 3 — икки банкали экстрактор; 4 — сульфат кислота йиғгич; 5 — ботирма насослар; 6 — сульфат кислота меъёрлагич; 7 — циркуляцияли ботирма насос; 8 — буғлатгич; 9 — томчи ушлагич; 10 — конденсатор; 11 — барботажли нетраллагич; 12 — карусел вакуум-фильтрнинг тарновлари; 13 — сепараторлар, 14 — фильтрлаш тўқима регенерация қилишда хосил бўлувчи суспензиянинг йиғувчи; 15, 16, 17 — биринчи (асосий) фильтрат учун (15), айланма фосфат кислота учун (10), ювинди фильтрат учун (17) барометрик йиғгичлар;
Экстрактордаги суспензиянинг суюқ ва қаттиқ фазалари нисбати, яъни С:К = (1,7-2,5):1 да ушлаб турилади. Суспезия биринчи реактордан иккинчисига оқиб тушади, у ердан унинг асосий қисми кучли ботирма насослар 7 (куввати 600 м /с бўлган иккита насос) ёрдамида вакуум-буғлатгич 8 га берилади. Вакуум-буғлатгич резервуардан иборат бўлиб, у ерда вакуум-насос ёрдамида пастайтирилган босим ушлаб турилади. Шу туфайли унга тушадиган суюқлик гуёки киздирилгандаги каби кайнайди, натижада эса ундан маълум микдордаги сув буғланади. Бу эса хараратнинг 3-5°С га камайишига олиб келади (хароратнинг кескин камайиши мумкин эмас). Вакуум-буғлатгичдан чиқадиган газлар томчи ушлагич 9 орқали устки конденсатор 10 га ўтказилади, у ерда сув буғи конденсацияланади ва фтор бирикмаларининг маълум бир қисми ушлаб колинади.
Газларни фтордан тозалашнинг охирги босқичи барботаж нейтраллагич 11 да амалга оширилади.
Махсулот сифатидаги суспензия қайиқли карусел фильтрга келиб тушади. У ерда уч фильтратли схема бўйича гипс ажратилади ва ювилади. Актив сирт юзаси 80 м² бўлган фильтр катталиги: узунаси — 3,27 м, ички эни — 0,97 м, ташки — 1,92 м, чуқурлиги — 0,2 м бўлган т қайиқдан иборат. Фильтрловчи материал сифатида фосфор кислотага чидамли бўлган — лавсанли ва бошқа синтетик тўқималар ишлатилади.
Газ-суюқликли аралашма сепаратор (13) ларда ажратилади, уларда вакуум-насослар ёрдами билан 65-85 кПа ли вакуум шароити ушлаб турилади. Биринчи фильтрат Ф₁ тайёр махсулот йиғгичи 15 га юборилади, унинг бир қисми айланма кислотанинг барометрик йиғгичи 16 га қуйилиш орқали ўтади. У ерга, шунингдек чўкмани учинчи фильтрат Ф₃ билан ювишдан хосил бўлган иккинчи фильтрат Ф₂ хам тушади. Фильтрат Ф₃ — суспензия чўкмасининг фильтрли тукимани регенерациялаш (йиггич 14) дан олинган эритма ва қайноқ (60-70°С) тоза сув билан ювилиши натижасида хосил бўлади (йиггич 17). Ювилган гипс қайиқдан чиқиндихонага, агарда суспензия шаклида чиқарилса йиғгичга ёки «қурук» холда чиқарилса транспортёр лентасига узатилади. Фильтратлардаги P₂O₅ микдори — бошланғич хом ашё сифатида апатит концентрати ишлатилганда: Ф₁ да — 28-32%, Ф₂ да — 22-25%, Ф₃ да эса — 5-10%; фосфорит флотоконцентрати ишлатилганда эса: Ф₁ да 21-22%, Ф₂ да - 14-15%, Ф₃ да эса - 5-7% бўлади.
Экстракция учун 93% ли сульфат кислота ишлатиш афзалдир. Бунда технологик жараёндаги сув баланси яхшиланади — гипснинг ювилишини кўп микдордаги сув билан амалга ошириш имконияти яратилади. Натижада чиқиндихонага чиқарилувчи фосфогипс билан йўқотиладиган фосфор кислота ва зарарсизлантириш лозим бўлган оқава сувлар микдори камаяди.
Кислота концентрациясининг оширилиши олинадиган фосфор кислотадаги P₂O₅ микдорини ўзгартирмайди, унинг концентрацияси юқорида таъкидланганидек, гипс кристалланишининг оптимал шароити орқали олдиндан белгиланади. Янада каттароқ концентрацияли сульфат кислота ишлатилганда иссиклик ажралиши (суюлтириш иссиклигини ортиши хисобига) кескин ортади, аммо уни эса системадан ажратиб олиш талаб этилади.
Дигидратли усулда фосфат кислота олишда фосфат хом ашёси таркибидаги барча фторнинг (асосан SiF₄ тарзида) 3-5% игина газли фаза билан ажралади (~80%и махсулот кислотасига, 15-17% и эса фосфогипсга ўтади). совутиш усули ва вентиляторнинг узатишга боғлиқ холда экстрактордан ажратиб олинадиган газ таркибидаги фторидлар концентрацияси, фтор хисобида 0,2-2,5 г/м ни ташкил этади. Экстракция цехида ўрнатилган абсорбция системалари, асосан, чиқинди газларини тозалаш учун мўлжалланган, бунда хосил бўладиган Н₂SiF₆ нинг кучсиз эритмалари нейтраллаш станцияларига юборилади ёки фосфогипсни ювиш учун ишлатилади.
Табиий фосфатлардан экстракция фосфор кислота ишлаб чиқариш кўрсаткичлари аналитик маълумотлар бўйича аникланади: P₂O₅ нинг технологик унуми (К_чиким %), яъни P₂O₅ нинг хом ашёдан фосфат кислотага ўтиш даражаси апатитни қайта ишлашда — 95-96% ни ва турли фосфоритлар учун — 71-94% ни ташкил килади. У P₂O₅ нинг эритмага ўтиш коэффиценти (К_утиш) дан 2-3% га кичиқдир. Буни фосфогипсни фосфор кислотадан ювилишининг тўла бўлмаслиги билан изохланади: ювилиш коэффициенти (К_ювилиш %) одатда 97-99% ни ташкил этади. Вахоланки:
К_чиким= К_утиш К_ювилиш / 100 тенг.
Экстракциялашнинг дигидратли усулида кислотага P₂O₅ нинг махсулотли (хужалик) унуми 93-95% ни ташкил этади, шунга мос равишда 1 т P₂O₅, ли махсулотга 2,73-2,65 т апатит (1075-1045 кг P₂O₅) ва 2,48-2,45 т сулфат кислота (СаО ни боғлаш учун стехиометрик меъёрдаги) яъни 1 т апатитга 0,915 т 100% ли сульфат кислота сарфланади. Фосфоритларни қайта ишлашдаги сарф коэффицентлари апатитларни қайта ишлашдагига нисбатан: фосфат бўйича 1,5-2,3 марта; фосфат таркибидаги P₂O₅ бўйича 1,02-1,27 марта; сульфат кислота бўйича 1,2-1,7 марта каттарокдир. Хом ашё харажатлари экстракцион фосфат кислота ишлаб чиқариш умумий харажатларининг 70-80% ни ташкил этади.
Апатитдан дигидратли усулда олинадиган экстракцион фосфат кислота таркибида: 25-32% P₂O₅ 1,8-2,8% S0₃; 0,1-0,4% СаО; 0,3-0,4% Al₂O₃; 0,3-0,5% Fe₂O₅; 1,7-2% F бўлади.
Экстракция фосфор кислота таркибидаги фтор асосан H₂SiF₆ шаклида бўлади. Кислотани фтордан тозалаш, H₂SiF₆ ни натрий, калий, барий тузлари билан чўктириш орқали ўтказилиши мумкин. Одатда 1 л фосфат килотага 30-40 г NaCl қўшилади.
H₂SiF₆ + NаС1 = Na₂SiF₆+ 2НС1 реакция бўйича хосил бўладиган кам эрувчан натрий кремнефторид чўкмага тушади ва дастлаб тиндирилиб, сўнгра центрифугалаш ва фильтрлаш йўли билан ажратиб олинади. Шундай қилиб 75-85% гача фторни ажратилади ва фосфат кислотадаги унинг микдори 0,2-0,3% гача камаяди. Натрий хлорид билан фторсизлантирилган фосфат кислота, айниқса, харорат оширилганда жихозларнинг кучли коррозияланишига сабаб бўлади. Шунинг учун кислотани буғлатиш йўли билан концентрлашга зарурат туғилганда, фторсизлантириш сода ёки натрий фосфат ёрдамида амалга оширилади.
Фосфогипс таркибида озгина микдорда ювилмаган фосфат кислота бўлади ва шунинг учун уни ишлаб чиқаришга якин худудлардагина минерал ўғит сифатида фойдаланилиши мумкин, чунки озуқа элементи жуда кам бўлганлиги учун бир жойдан иккинчи жойга ташиш иктисодий самарасиздир. Фосфогипс шўрхок тупроқларни гипслаштиришда ёки шувоқ алебастрлари ва бошқа қуйма қурилиш буюмлари ишлаб чиқаришда ишлатилиши мумкин. Унинг цементли шихта таркибида термик парчаланиши натижасида цементли клинкер ва сульфитли газларга айлантирилиши мумкин. Сульфит ангидриддан сульфат кислота олинади ва шу усул билан фосфатни парчалашга сарфланадиган сульфат кислотани регенирацияланиши мумкин. Фосфогипс шунингдек аммоний сульфат олишда сульфат аниони манбаи (сульфат кислота ўрнига) вазифасини бажариши мумкин. Ишлатиладиган жойга фосфогипсни ташишни яхшилаш учун (ва кишки вақтда ташиш пайтида музлаб колмаслиги учун) жунатишдан олдин уни 3% дан кам бўлган намликкача қуритилиши ва қуритишда хосил бўладиган гуваласимон материални кукунсимон холатгача майдаланиши лозим. Хозирча Ўзбекистонда ва бошқа чет мамлакатларда хам фосфгипсдан йирик масштабда фойдаланиш йўлга қўйилмаган — у ишлаб чиқаришнинг тўпланаётган чиқиндиси хисобланади. Чунки, фосфогипсга қараганда табиатда кенг тарқалган кальций сульфатни қайта ишлаш анча соддадир. Вақтики келиб, бу саноат чиқиндиси хам — керакли ишлаб чиқариш корхоналари учун энг зарур ва қимматли хом ашё манбасига айланиши мумкин. [11].
Қоратоғ (Қизилкум) фосфоритларидан экстракция фосфор кислота олишдаги ишлаб чиқариш қўрсаткичлари апатит концентратини қайта ишлашдагига нисбатан ёмондир: олинадиган кислота концентрацияси паст (21-22% P₂O₅), унинг таркибида кўп микдордаги қўшимчалар бўлганлиги учун қисман нейтралланган бўлади. нисбатан кўп микдордаги чиқинди — фосфогипс хосил бўлади. СО₂ ажралишидан реакцион массанинг кўпикланиши хисобига экстрактор хажмидан тўла фойдаланилмайди, бу эса системанинг унумдорлигини пасайтиради. Шунингдек Қизилқум фосфорити таркибида Cl ионларини нормадан 4-5 баробар ортиқлиги коррозияни кучайтиради. Кўпик хосил бўлишини камайтиришга хом ашёдаги карбонатларни олдиндан парчалаш — рудани куйдириш ёки фосфорит унини экстракторга узатишдан олдин озгина микдордаги кислота билан намлаш орқали эришилади.
Фосфорит флотоконцентратлардан дигидратли усулда олинадиган экстракцион фосфат кислота таркибида: 20-22% P₂O₅; 2,2-3,5% SO₃; 0,2-0,4% СаО; 1,8-2,0% Мg0; 0,4-1,2% Аl₂0₅; 0,4-0,8% Fe₂O₃ 1,4-2,1% F бўлади.