O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maхsus

5.2. Ekstraksion fosfor kislota olishning fizik-kimyoviy asoslari.

Termik usul bilan fosfor kislotasi olishdan farqli o‘laroq tabiiy fosfatlarning sulfat kislotali parchalanishi bo‘yicha boradigan reaksiya:

Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ + 5pH₂O = 5CaSO_4*pH₂O + H₃PO₄ + HF
va keyingi bosqichda suyuq fazadan sulfatli cho‘kmani ajratib olishga asoslangan usul — ekstraksiya yoki xul usul deyiladi. Bunda olingan maxsulot ekstraksya fosfor kislota (EFK) deb yuritiladi. Bu keng tarqalgan fosfor kislota olish usuli mineral o‘g‘itlar, ozuqali va texnik fosfatlar ishlab chiqarishda ishlatiladi.
Sulfat kislotali ekstraksiyalash jarayonini amalga oshirishning asosiy sharti fosfor kislotadan kalsiy sulfatning etarli darajada yirik bo‘lgan, oson ajraladigan va yaxshi yuviladigan kristallarini ajratib olishdan iboratdir. Bunga jarayonning ayrim bosqichlari uchun jixozlarni oqilona tanlash va ekstraksiyalashda belgilangan texnologik tartibni, ya’ni talab etiladigan (gips, yarimgidrat yoki angidrid) shakldagi kalsiy sulfatning cho‘ktirilishini va belgilangan konsentratsiyadagi maxsulot sifatidagi fosfat kislota olishni ta’minlovchi konsentratsiyali, xaroratli va boshqa parametrlarni ushlab turish orqali erishiladi.
Ekstraksiyalash jarayonida kalsiy sulfatning fosfor kislotadagi xarakatchan suspenziyasini olish, uni aralashtirish va tashish mumkin bo‘lishi lozimdir. Tabiiy fosfatni konsentrlangan sulfat kislota bilan to‘g‘ridan-to‘g‘ri aralashtirilganda fazalarga ajralishga amalda imkon bermaydigan kuyuk suspenziya xosil bo‘ladi. Uning xarakatchanligini ta’minlash uchun, <> kislota deb ataluvchi — maxsulot sifatidagi fosfor kislotaning bir qismi bilan fosfat kislotadan ajratib olingan fosfatli cho‘kma (fosfogips) ni suvda yuvishda xosil bo‘ladigan eritmaning aralashmasini retsirkulyasiyasi xisobiga suyuq va qattiq fazalarning massa nisbati (S:Q) 2:1 dan 3,5:1 oraligida ushlab turiladi.
Retsirkulyasiya bilan bog‘liq xolda fosfatli xom ashyodan o‘tadigan qo‘shimchalarning eritmalarda to‘planishi ekstraksiya jarayoni uchun o‘ziga xosdir. Qo‘shimchalar konsentratsiyasi xom ashyo tarkibidan xam, suyuq, gaz va qattiq fazalar orasida taksimlanadigan tegishli komponentlar tarkibidan xam aniqlanadi. Ishlab chiqarish eritmalarida ishqoriy metall kationlari, magniy, alyuminiy, temir kationlar va S04^2-, F^-, SiF6^2- anionlar qo‘shimchalarining mavjud bo‘lishi sulfatli cho‘kma va maxsulot kislotasining xossasini etarli darajada o‘zgartiradi.
Ekstraksiyalash jarayonining xaroratli va konsentratsiyali parametrlarini tanlash uchun kalsiy sulfat turli modifikatsiyalarining mavjud bo‘lish chegaralari va ularning fosfat kislotali eritmalarda bir-biriga aylanish tezligi xakidagi ma’lumotlar asos bo‘ladi; bu ma’lumotlar toza eritmalar uchun yuqorida qo‘rsatib o‘tilgan edi. Ammo ekstraksya fosfor kislotaning real eritmalarida gips, kalsiy sulfat yarimgidrati va angidriti kristallanish soxalarining aniq chegaralari va ayniqsa sodir bo‘ladigan fazali bir-biriga aylanish tezliklari etarli darajada o‘zgaradi. Masalan, tarkibida 10-25% P₂O₅ bo‘lgan fosfor kislotaning toza eritmalarida, 80°S da yarimgidratning katta qismi sistemaning birinchi kristallanuvchi fazasi xisoblanadi va 1-5 soat mobaynida gipsga aylanadi. Temir fosfatlari, kremnezem kabi qo‘shimchalar bu jarayonni sezilarli darajada kuchaytiradi. Xosil bo‘lgan gips tarkibida 10% dan kam P₂O₅, tutgan eritmalarda bir necha oy va 25% P₂O₅ tutgan eritmalarda bir necha kun mobaynida metastabil (stabil faza ~ angidrit) shaklda mavjud bo‘la oladi. Ekstraksiyalash sharoitiga mosxolda, suyuq faza suspeziyasi tarkibida 25-30% P₂O₅ xarorat 70-80°S va massaning reaktorda turish vaqti 5-8 soat bo‘lganda ajratiladigan cho‘kma stabil angidrit emas, balki metastabil digidrat shaklda namoyon bo‘ladi.
SHunday qilib, ekstraksiyalashda ajratiladigan kalsiy sulfatning gidratatsiya darajasi stabil shakllarga mos kelmasligi mumkin va u jarayonni o‘tkazilish aniq sharoitiga bog‘liqdir. 1 — rasmda tasvirlangan diagrammada kalsiy sulfatni amaliy gidratatsiya darajasining ekstraksiya usuli (rejimi) — fosfor kislotaning konsentratsiyasi va xaroratiga bog‘liqligi qo‘rsatilgan. Egri chiziq 2 dan pastki soxada kalsiy sulfat gips shaklida, egri chiziq dan yuqorida angidrit shaklida, ular orasidagi soxada esa yarimgidrat shaklida ajraladi.50 K

,

5.2 — rasm. Xarorat va eritmadagi P₂O₅ mikdorining ajratiladigan kalsiy sulfat cho‘kmasining amaliy gidratlanishiga ta’siri.

SHunga mos xolda fosfor kislotani ekstraksiyalashning uchta: digidratli, yarimgidratli va angidritli usullari bir-biridan farqlanadi. Digidratli usul keng tarqalgan bo‘lib, uni 65-80°S xaroratda o‘tkaziladi va tarkibida 30-32% gacha P₂O₅ bo‘lgan kislota olinadi. 90-105°S xaroratda amalga oshiriladigan yarimgidratli usulda 50% gacha P₂O₅ tutgan kislota ishlab chiqdrish imkoniyatini beradi. Ekstraksiyalashning kombinatsiyalashgan yarimgidrat-digidratli usullari yanada kengroq tarqalmokda, unda dastlab yarimgidrat xosil kilinadi, so‘ngra, suspenziyani suyultirish va sovutish orqali uni gipsga qayta kristallantiriladi. Bunday usullar xom ashyodan unumli foydalangan xolda yuqori konsentratsiyali (50% gacha P₂O₅ kislota olish imkoniyatini yaratadi. Angidridli rejim yuqori xaroratda jixozlarning korroziyalanish xavfi katta bo‘lganligi va kalsiy sulfatning mayda kristallaridan fosfat kislota va yuvuvchi eritmaning o‘tishi qiyinligi tufayli filtrlanishning yomonlashishi sababli xozircha qo‘llanilmaydi. Bu qiyinchiliklarni bartaraf etish bo‘yicha izlanishlar o‘tkazilmokda.

Ekstraksiyalashda xosil bo‘ladigan kalsiy sulfat kristallarining shakli va o‘lchami — cho‘kma katlamining filtrlash xossasini belgilab beradi, shunday ekan, uning fosfat kislotadan yuvilish samaradorligi xaroratga va kislota konsentratsiyasiga, tuyinishning pasayish darajasi va sharoitiga bog‘liqdir. Ular xam shuningdek, eritmadagi Ca²⁺ va S0₄² ionlarining nisbatiga va magniy, alyuminiy, ftor birikmalari kabi qo‘shimchalarning konsentratsiyasiga bog‘liqdir. Ca²⁺ ionlari ortikcha bo‘lganda gips uzunligi 20-80 mkm bo‘lgan yupka igNaClmon shaklda ajraladi; S0₄^2- ionlari ortiqcha bo‘lganda esa, aksincha, gips kristallarining ulchami eniga 100 mkm gacha va bo‘yiga bir necha yuz mikrometrgacha etadi.
Yirik kristalli bir jinsli gips cho‘kmasini olish uchun suyuq fazadagi SO₃ CaO molyar nisbati imkoniyat darajasida 1,5-4,0 oralig‘ida bo‘lishi lozim. YArimgidrat kristallantirilishida u stexiometrik nisbatga yakin bo‘lishi kerak, angidritda esa 10-15 ga teng budadi. Qo‘rsatib o‘tilgan modifikatsiyalarga moc xolda eritmadagi SO₃ 1,5-2,5; 0,8-1,2%; 2,5-4,5% bo‘lishi optimal xisoblanadi. Gipsning kristallanishini iloji boricha kam to‘yingan eritmadan kristallanishini ta’minlash lozim. Bu shart-sharoitlar suspenziyaning intensiv aralashtirilishini, uning retsirkulyasiyasini (boshlang‘ich komponentlarni kiritish qismiga qaytarish), sulfat va aylanma fosfat kislotalarni oldindan aralashtirishni va boshqa yo‘l-yo‘riqlarni amalga oshirish yo‘li bilan ta’minlanadi. Ekstraksiyalashning yarimgidrat usulida esa, aksincha ixcham sharsimon kristallar bo‘laklari xosil kilish xususiyatiga ega bo‘lgan yuqori to‘yinuvchanlik ushlab turiladi.
Kalsiy sulfatning kristallanishiga eritmadagi qo‘shimchalar xam ta’sir etadi. Kristallanishga eritmada (AlFp)^(3-n)+ turidagi kompleks ionlar xosil kiluvchi alyuminiy va ftor birikmalari kabi qo‘shimchalar yanada ko‘prok ta’sir kiladi; Bu kompleks ionlari kristallarning ma’lum tomonlariga surilib, izometrik yassi gips kristallari va oltikirrali yarimgidrat prizmalari ajralib chiqishiga sabab bo‘ladi.
Suspenziyaning suyuq fazasida sufatlar mikdorini optimal darajada ushlab turish maxsulot kislotasiga yuqori darajadagi P₂O₅ o‘tishiga erishishda muxim sharoit xisoblanadi. Sulfatlar konsentratsiyasining pasayishi natijasida fosfat minerallarining parchalanish darajasi va tezligi kamayadi, shu bilan birgalikda S0₄^2- va HPO₄^2- ionlarining radiuslari yaqin bo‘lganligi sababli kalsiy sulfat kristall panjarasiga kalsiy fosfatlarning urinlashishi («P₂O₅ egallash») ortadi. Erkin sulfat kislota konsentratsiyasining ortishi P₂O₅ egallashni kamaytiradi, ammo fosfat zarrachalari sirtida diffuziyalanish va parchalanishni pasaytiruvchi kalsiy sulfatning quyqali mustaxkam katlami xosil qilib kristallanishiga olib keladi. SHuning uchun amaliyotda parchalanishga ulgurmay qoladigan xom ashyo, P₂O₅ egallash va cho‘kmani vakuum-filtrda to‘la yuvmaslik xisobidan minimal yo‘qotilishga erishish uchun yunaltirilgan optimal sulfatli tartib (rejim) tanlanadi.