RU2198841C1 - Method of decolorization of purified phosphoric acid - Google Patents

Abstract

FIELD: inorganic chemistry, chemical technology. SUBSTANCE: invention relates to method of decolorization of phosphoric acid obtained as result of purification of wet-process phosphoric acid by liquid extraction method using organic solvent and used in production of phosphates of technical and food grading. Method involves treatment of purified phosphoric acid with hydrogen peroxide aqueous solution that is added under layer of acid by discrete 3-5 portions in equal parts as measured for required amount at stirring and process is carried out at temperature of acid feeding for treatment. Treatment of acid with hydrogen peroxide is carried out either before its concentrating or after that and decolorized acid is passed additionally through activated carbon layer. Light transmission coefficient is 92-95%. Method provides to reduce equipment corrosion and enhance effectiveness of hydrogen peroxide consumption. EFFECT: improved method of decolorization. 3 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к способу обесцвечивания фосфорной кислоты, полученной в результате очистки экстракционной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции с использованием органических растворителей и применяемой в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации. The invention relates to a method for decolorizing phosphoric acid obtained by purification of extraction phosphoric acid by liquid extraction using organic solvents and used in the production of phosphoric salts of technical and food qualifications.

Известен способ обесцвечивания фосфорной кислоты при одновременной ее упарке перекисью водорода. Кислоту упаривают при температуре 100-200^oС, одновременно подавая перекись водорода в течение 1-4 ч. Затем кислоту охлаждают на 85-90^oС и пропускают в отсутствии воздуха сначала через слой активированного угля, а затем через слой карбида кремния или графита. (Заявка 3806822 ФРГ, С 01 В 25/222, 1989 г.).A known method of decolorizing phosphoric acid while its evaporation with hydrogen peroxide. The acid is evaporated at a temperature of 100-200 ^o C, while supplying hydrogen peroxide for 1-4 hours. Then the acid is cooled to 85-90 ^o C and passed in the absence of air, first through a layer of activated carbon, and then through a layer of silicon carbide or graphite. (Application 3806822 Germany, C 01 B 25/222, 1989).

Недостатком способа является то, что данный процесс возможно осуществлять только на графитовом оборудовании, что значительно удорожает его и ограничивает объем выпуска. Таким способом выпускают кислоту только для фармакологических целей. The disadvantage of this method is that this process can only be carried out on graphite equipment, which significantly increases its cost and limits the volume of output. In this way, acid is released only for pharmacological purposes.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода, по которому кислоту перед очисткой нагревают до 130-175^oС и обрабатывают паром одновременно с перекисью водорода. При этом перекись водорода подают прямотоком по отношению к кислоте. При проведении этого способа необходимо выдерживать указанный интервал температур, чтобы сохранить скорость реакции, с одной стороны, а с другой - сохранить целесообразное время обесцвечивания и снизить "проскок" перекиси.Closest to the described by the technical nature and the achieved result is another known method of decolorizing purified phosphoric acid, including treating it with an aqueous solution of hydrogen peroxide, in which the acid is heated to 130-175 ^° C before being purified and treated with steam simultaneously with hydrogen peroxide. In this case, hydrogen peroxide is fed directly to the acid. When carrying out this method, it is necessary to maintain the indicated temperature range in order to maintain the reaction rate, on the one hand, and on the other hand, to preserve the appropriate bleaching time and reduce the peroxide “slip”.

Недостатком способа является то, что в интервале таких температур значительно увеличивается коррозия технологического оборудования и возрастают затраты энергии. (Патент РФ 1438607, заявитель ФРГ, С 01 В 25/234, 1988 г.). The disadvantage of this method is that in the range of such temperatures, the corrosion of the process equipment increases significantly and the energy costs increase. (RF patent 1438607, applicant of Germany, C 01 B 25/234, 1988).

Нами поставлена задача создать способ обесцвечивания фосфорной кислоты, полученной в результате очистки экстракционной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции с использованием органических растворителей, позволяющий снизить коррозию оборудования, снизить расход перекиси водорода, не снижая степени ее очистки от органических соединений. We set the task to create a method for decolorizing phosphoric acid obtained by purification of extraction phosphoric acid by liquid extraction using organic solvents, which allows to reduce corrosion of equipment, reduce the consumption of hydrogen peroxide, without reducing the degree of its purification from organic compounds.

Поставленная задача решена в предложенном способе обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты, включающем обработку ее водным раствором перекиси водорода, который вводят под слой кислоты дискретно в 3-5 приемов равными долями в расчете от требуемого количества при перемешивании, и процесс ведут при температуре поступающей на обработку кислоты. The problem is solved in the proposed method for decolorizing purified phosphoric acid, which includes treating it with an aqueous solution of hydrogen peroxide, which is introduced discretely under an acid layer in 3-5 doses in equal proportions based on the required amount with stirring, and the process is carried out at the temperature of the acid fed to the treatment.

Возможно обработку очищенной фосфорной кислоты перекисью водорода вести как до, так и после стадии ее концентрирования. It is possible to treat purified phosphoric acid with hydrogen peroxide both before and after the stage of its concentration.

Возможно обесцвеченную кислоту дополнительно пропускать через слой активированного угля. It is possible to bleach the acid further through an activated carbon layer.

Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.

Фосфорная кислота, полученная в результате очистки экстракционной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции с использованием органических растворителей, обрабатывается водным раствором перекиси водорода. Основным отличием способа является изменение условий обработки очищенной фосфорной кислоты перекисью водорода. Предлагается на обработку перекисью водорода направлять очищенную фосфорную кислоту как до, так и после стадии концентрации, имеющую температуру 30-80^oС и содержащую 38-62% P₂O₅. При этом необходимо определенным образом осуществлять ввод перекиси водорода в кислоту. Предлагается подавать перекись водорода под слой кислоты дискретно в 3-5 приемов равными долями в расчете от требуемого количества при перемешивании.Phosphoric acid obtained by purification of extraction phosphoric acid by liquid extraction using organic solvents is treated with an aqueous solution of hydrogen peroxide. The main difference of the method is the change in the processing conditions of the purified phosphoric acid with hydrogen peroxide. It is proposed to treat purified phosphoric acid for treatment with hydrogen peroxide both before and after the concentration stage, which has a temperature of 30-80 ^o C and containing 38-62% P ₂ O ₅ . In this case, it is necessary in a certain way to introduce hydrogen peroxide into acid. It is proposed to apply hydrogen peroxide under the acid layer discretely in 3-5 doses in equal proportions calculated on the basis of the required amount with stirring.

Под слой кислоты перекись вводят для того, чтобы вся перекись могла прореагировать в объеме кислоты. Это позволит экономно расходовать реагент. Under the acid layer, peroxide is introduced so that all the peroxide can react in the volume of acid. This will allow reagent consumption.

Дискретность подачи перекиси обусловлена тем, что, как удалось установить экспериментально, процесс обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты перекисью водорода носит автокаталитический характер. Во время индукционного периода происходит накопление активного комплекса до критической концентрации, после чего идет собственно процесс обесцвечивания кислоты (ход процесса контролируется по изменению величины коэффициента светопропускания при длине волны 440 нм в кювете толщиной 30 мм относительно воды). Этот процесс ускоряется с повышением температуры и концентрации P₂O₅ в очищенной фосфорной кислоте. Замечено также, что процесс обесцвечивания развивает в 2-3 раза быстрее максимальную скорость в случае, когда в кислоту введена только часть (30-20%) требуемого количества перекиси. Введение перекиси водорода в один или два приема не позволяет достичь необходимого коэффициента светопропускания. Поэтому, чтобы поддерживать развившуюся реакцию на максимальной скорости, и требуется дискретная подача определенной порции реагента в момент, когда скорость реакции после введения предыдущей порции начинает ослабевать. Порция перекиси, внесенная в следующий прием, продолжат процесс окисления на действующей скорости, т. к. в растворе присутствует достаточное количество активного комплекса и имеется дополнительное количество перекиси водорода. Как только скорость реакции начинает ослабевать, необходим ввод следующей порции, и так до тех пор, пока не будет введено все количество перекиси водорода.The discreteness of the peroxide supply is due to the fact that, as it was found experimentally, the process of bleaching the purified phosphoric acid with hydrogen peroxide is autocatalytic in nature. During the induction period, the active complex accumulates to a critical concentration, after which the process of acid bleaching occurs (the process is controlled by changing the transmittance at a wavelength of 440 nm in a cell 30 mm thick relative to water). This process accelerates with increasing temperature and the concentration of P ₂ O ₅ in purified phosphoric acid. It is also noted that the bleaching process develops 2-3 times faster than the maximum speed when only part (30-20%) of the required amount of peroxide is introduced into the acid. The introduction of hydrogen peroxide in one or two doses does not allow to achieve the necessary transmittance. Therefore, in order to maintain the developed reaction at maximum speed, a discrete supply of a certain portion of the reagent is required at the moment when the reaction rate begins to weaken after the introduction of the previous portion. A portion of the peroxide introduced in the next step will continue the oxidation process at the effective speed, since a sufficient amount of the active complex is present in the solution and there is an additional amount of hydrogen peroxide. As soon as the reaction rate begins to weaken, it is necessary to enter the next portion, and so on until all the amount of hydrogen peroxide has been introduced.

Дозировка в 2 приема практически ничем не отличатся от однократной дозировки и не дает необходимого эффекта. Дозировка в 6 приемов усложняет процесс и не дает значительного улучшения качества кислоты. Масса одной порции рассчитывается из необходимого количества перекиси водорода для заданных условий протекания процесса и количества дозировок, которые определены экспериментально и подтверждены на практике. The dosage in 2 doses is practically no different from a single dosage and does not give the desired effect. Dosage in 6 doses complicates the process and does not significantly improve acid quality. The mass of one portion is calculated from the required amount of hydrogen peroxide for the given process conditions and the number of dosages that are determined experimentally and confirmed in practice.

Введение рассматриваемого процесса при температуре поступающей кислоты (30-80^oС) позволит использовать для аппаратурного оборудования легированные стали, используемые в основном процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты органическими растворителями (например, стали ЭИ-448, ЭИ-943), не опасаясь разрушения аппаратов и загрязнения кислоты продуктами коррозии. Этого количества тепла достаточно для осуществления предлагаемого способа, следовательно, нет необходимости дополнительного нагревания кислоты, как того требуют условия осуществления процесса по прототипу (130-175^oС), что позволяет значительно экономить тепловую энергию.The introduction of the process under consideration at the temperature of the incoming acid (30-80 ^o C) will allow the use of alloyed steels for equipment used in the main process of purification of extraction phosphoric acid with organic solvents (for example, steel EI-448, EI-943), without fear of destruction of the apparatus and acid contamination by corrosion products. This amount of heat is enough to implement the proposed method, therefore, there is no need for additional heating of the acid, as required by the conditions of the process of the prototype (130-175 ^o C), which can significantly save thermal energy.

Использование предложенного способа позволит снизить коррозию оборудования, что особенно важно при выполнении его из металла, т.к. в нашей промышленности нет графитового оборудования. При этом значительно сокращаются затраты тепла при проведении процесса обесцвечивания кислоты и повышается эффективность (экономичность) расхода перекиси водорода. Using the proposed method will reduce the corrosion of equipment, which is especially important when performing it from metal, because there is no graphite equipment in our industry. This significantly reduces the cost of heat during the process of acid bleaching and increases the efficiency (efficiency) of the consumption of hydrogen peroxide.

Способ проиллюстрирован следующими примерами. The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Экстракционную фосфорную кислоту, полученную сернокислотным разложением апатита, очищают органическим растворителем (например, трибутилфосфатом) методом жидкостной экстракции и получают очищенную фосфорную кислоту концентрацией 38% P₂O₅, содержащую SO₄ 0,007%, Fe 0,0005%, Pb 0,0002%, As 0,0001%, а также примеси органических соединений (минерального происхождения, реагенты при обогащении руды, экстрагент). Полученную кислоту по трубопроводу подают в реактор периодического действия в количестве 5,3 т. Температура кислоты 30^oС, коэффициент светопропускания 60%.Example 1. The extraction phosphoric acid obtained by the sulfuric acid decomposition of apatite is purified by an organic solvent (for example, tributyl phosphate) by liquid extraction to obtain purified phosphoric acid with a concentration of 38% P ₂ O ₅ containing SO ₄ 0.007%, Fe 0.0005%, Pb 0 , 0002%, As 0.0001%, as well as impurities of organic compounds (mineral origin, reagents for ore dressing, extractant). The resulting acid is piped into the batch reactor in an amount of 5.3 tons. The temperature of the acid is 30 ^{° C.} and the transmittance is 60%.

В реактор под слой кислоты при перемешивании вводят 33,3 кг 30%-ного раствора перекиси водорода в три приема (равномерно делят на порции). Обработку кислоты ведут до достижения величины коэффициента светопропускания, равной 96% (относительно воды при длине волны 440 нм в кювете толщиной 30 мм), после чего кислоту подают на концентрирование и концентрируют до 53-62% P₂O₅.33.3 kg of a 30% hydrogen peroxide solution are introduced into the reactor under an acid layer with stirring in three doses (evenly divided into portions). The acid is treated until a transmittance of 96% is reached (relative to water at a wavelength of 440 nm in a 30 mm thick cuvette), after which the acid is fed to concentration and concentrated to 53-62% P ₂ O ₅ .

Пример 2. Очищенную фосфорную кислоту, полученную в условиях примера 1 и имеющую коэффициент светопропускания, равный 65%, концентрируют до 62% P₂O₅ и направляют по трубопроводу в реактор периодического действия в количестве 3,2 т. Температура кислоты 80^oС, коэффициент светопропускания 20%.Example 2. The purified phosphoric acid obtained in the conditions of example 1 and having a transmittance of 65%, concentrated to 62% P ₂ O ₅ and sent through the pipeline to the batch reactor in an amount of 3.2 tons. The temperature of the acid is 80 ^o C, light transmission coefficient of 20%.

В реактор под слой кислоты при перемешивании подают в 5 приемов (равномерно делят на порции) 120 кг 30%-го раствора перекиси водорода. Обработку кислоты перекисью ведут до достижения величины коэффициента светопропускания, равной 92%, после чего кислоту отгружают в качестве готовой продукции, содержащей 62% P₂O₅, 0,01% SO₄, 0,001% Fe, 0,0003% Pb, 0,0002% As.Under stirring, 120 kg of a 30% hydrogen peroxide solution are fed into the reactor under an acid layer in 5 stages (evenly divided into portions). The acid is treated with peroxide until the transmittance of 92% is reached, after which the acid is shipped as a finished product containing 62% P ₂ O ₅ , 0.01% SO ₄ , 0.001% Fe, 0.0003% Pb, 0, 0002% As.

Пример 3. Очищенную фосфорную кислоту, полученную в условиях примера 1, концентрируют до 53% P₂O₅, направляют из концентратора по трубопроводу через холодильник в реактор периодического действия. В реактор, содержащий 3,8 т кислоты, имеющей температуру 50^oС, коэффициент светопропускания 35%, подают под слой кислоты 100 кг 30%-го раствора перекиси водорода в 4 приема (равномерно делят на порции).Example 3. The purified phosphoric acid obtained in the conditions of example 1, concentrated to 53% P ₂ O ₅ , sent from the concentrator through a pipe through a refrigerator to a batch reactor. In a reactor containing 3.8 tons of acid having a temperature of 50 ^{° C.} , a light transmittance of 35% is supplied under an acid layer of 100 kg of a 30% hydrogen peroxide solution in 4 doses (evenly divided into portions).

Кислоту перемешивают до достижения величины коэффициента светопропускания, равной 95%, после чего кислоту, имеющую состав 53% P₂O₅, 0,01% SO₄, 0,007% Fe, 0,0002% Pb, As, отгружают как продукт.The acid is mixed until a transmittance of 95% is reached, after which the acid having a composition of 53% P ₂ O ₅ , 0.01% SO ₄ , 0.007% Fe, 0.0002% Pb, As is shipped as a product.

Claims (3)

1. Способ обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода, отличающийся тем, что перекись водорода вводят под слой кислоты дискретно в 3-5 приемов равными долями в расчете от требуемого количества при перемешивании и процесс ведут при температуре поступающей на обработку кислоты. 1. A method of decolorizing purified phosphoric acid, comprising treating it with an aqueous solution of hydrogen peroxide, characterized in that hydrogen peroxide is introduced under the acid layer discretely in 3-5 doses in equal proportions calculated from the required amount with stirring and the process is carried out at the temperature of the acid to be treated . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку кислоты перекисью водорода ведут либо до ее концентрирования, либо после него. 2. The method according to p. 1, characterized in that the acid is treated with hydrogen peroxide either before it is concentrated or after it. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что обесцвеченную кислоту дополнительно пропускают через слой активированного угля. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the bleached acid is additionally passed through a layer of activated carbon.