Мавзу: Фосфор кислота ишлаб чиқаришдаги экстракторнинг тўлиқ иссиқлик техник ҳисоби

FOSFAT XOM ASHYOLARI VA ULARGA ISHLOV BERISH USULLARI.
Fosfor elementi
Fosfor elementi asosan uch xil: rangsiz (oq yoki sariq), binafsha (qizil) va qora rangdagi allotropik shakl uzgarishlarini namoyon qiladi. Fosforning 11 ta modifikatsiyasi ma’lum bо‘lib, qora fosforni e’tiborga olinmasa ularning tuzilishi kam о‘rganilgan. Ularning kо‘pchiligi oq va pushti modifikatsiyalarining uygunlashishidan kelib chiqadi.
Oq fosfor — rangsiz modifikatsiyaning keng tarqalgan shaklidir. U fosfor bug‘larini intensiv kondensatsiyalash natijasida xosil qilinadi va uning tarkibida ma’lum miqdordagi on va yorqin sariq rangdagi oraliq maxsulotlar buladi. Yorug‘lik nuri ta’sirida u qisman qizil modifikatsiyaga aylanadi.
Oq fosforning ikki xil shakli ma’lumdir: kubsimon singoniyadagi kristallardan iborat bо‘lgan a - shaklining zichligi 1,828 g/sm3 bо‘lib, 44,1°S da suyuqlanadi; rombik yoki monoklinik singoniyadagi kristallardan iborat bо‘lgan r - shaklining zichligi 1,88 g/sm dir.
Texnik maxsulot sifatidagi fosfor — 1,83 g/sm zichlikka ega bо‘lgan kukunsimon moddadir. Uning rangi tarkibidagi qо‘shimchalarning miqdori va xususiyatiga qarab, sariq rangdan qora kungirgacha bulishi mumkin.
Fosfor suvda deyarli erimaydi (100 g suvda 0,003 g eriydi), etil spirtida, dietil efirida, benzolda va gliqerinda oz (100 g da 0,17 g) va suyuq xolatdagi ammiakda, sulfit angidridda, uglerod sulfidda (100 g da 880 g) hamda fosforning uch valentli galogenli birikmalarida yaxshi eriydi.
Uni uglerod sulfiddagi eritmasidan rombik dodekaedr kо‘rinishdagi kristallar xolatida ajratib olinishi mumkin. Ok fosfor xattoki nam xolatida xam xavoda osonlik bilan yonib, sargish-oq alanga xosil kiladi. Hosil bо‘lgan ok tutun tarkibida asosan fosfat angidrid, shuningdek ma’lum mivdordagi fosforning boshqa oksidlari va fosfat kislotalari buladi.
Qizdirish, ishqalanish, kisish kabi ta’sirlar natijasida fosforning uz-uzidan alangalanishini oldini olish maksadida uni suv ostida saklanadi.Fosfor uz nomiga kura korongu joyda shulalanadi Uning nomi yunoncha «fos» -yorug‘lik, «foros» - tashuvchi ma’nosini anglatadi. Fosforesqenqiya aynan fosfor bug‘lariga xosdir. Oq fosforning 25°S dagi bug‘ bosimi 0,043 mm.sim.ust. ga teng. 800°S xaroratgacha fosfor molekulalari turt atomli (R4), undan yuqori xaroratda esa ikki atomli (R2) buladi.Oq fosfor kuchli qaytaruvchi bо‘lib, u galogenlar, metallar, bir qator kislota va tuzlar eritmalari bilan shiddatli ta’sirlashadi. Oq fosfor qattiq xolatda xam, bug‘ xolatida xam kuchli zaxarli moddadir. U ayniqsa nafas olish organlari va terini juda tez shikastlantiradi. Texnik oq fosforni suyuqlantirilib xosil qilingan suyuq fosfor qizg‘ish tovlanuvchi sariq rangga ega buladi. Erimaydigan qо‘shimchalarning bо‘lishi xisobiga suyuqlik tо‘q rangga kiradi. Suyuq fosforni suv bilan tо‘yintirilishi xisobiga uning zichligi kam miqdorda, qovushqoqligi esa sezilarli darajada о‘zgaradi.
Oq fosfor havosiz joyda 270-300°S xaroratda qizdirilganda amorf holatdagi qizil fosforga aylanadi. Qizil fosfor olinish usuliga bog‘liq holatda 2,0-2,4 g/sm3 zichlikka va 585-600°S suyuqlanish haroratiga ega bо‘ladi.
Oq fosfordan farqlangan xolda kizil fosfor unchalik aktiv emas. Odatdagi sharoitda xavoda yonmaydi va fosforessirlanmaydi; zaxarli emas va uglerod sulfidda erimaydi. Lekin texnik maxsulotning turgunligi kam bо‘lganligi va katalizator bо‘la oladigan qо‘shimchalar (temir, mis va boshqa moddalar) bilan ifloslanganligi sababli sekin bо‘lsada suv bug‘lari va xavo kislorodi bilan ta’sirlashadi. Bunda uning xarorati ortib boradi va jarayon tezlashadi. Shuning uchun kо‘p miqdordagi kizil fosfor saqlanish paytida о‘z-о‘zidan yonishi mumkin.
Juda yuqori (10-15 ming atm) bosimda va 200-300°S xaroratda oq fosfor qattiq xolatdagi fosforning turg‘unligi ortgan va aktivligi kamaygan formasi qora fosforga aylanadi. Yuqoridagi sharoitda qora fosforning zichligi 2,69 g/sm3 bо‘lgan rombik tuzilishli kristall modifikatsiyasi xosil bо‘ladi. Bosim va xaroratning belgilangan chegaradan ortishi natijasida esa zichligi 2,25 g/sm bо‘lgan amorf xolatdagi qora fosfor xosil bо‘lishiga olib keladi.
Qora fosfor deyarli suvda erimaydi, xavo kislorodi va suv bug‘i bilan ta’sirlashmaydi. Uni ochiq xavoda saqlash mumkin. U alangada qiyinchilik bilan yondiriladi.
Fosfat kislota va uning birikmalari
Fizik xossalari. Toza xolatdagi ortofosfat (yoki soddaroq aytilganda fosfat) kislota rangsiz prizmatik kristall bо‘lib, 42,35°S da suyuqlanadi va suvda yaxshi eriydi.
Odatda uni quyuq, moysimon suyuqlik xolatida olinadi, undan sovutish orqali kristall maxsulot ajratib olinadi. Kо‘p xollarda kristallanish faqatgina kristallantiruvchi qо‘shimcha (zatravka) qо‘shilgandagina amalga oshadi. Buni fosfat kislotaning —121°S gacha qayta sovutish orqali suyuqlikning shishasimon holatga о‘tishga va 13°S gacha sovutish orqali 1,88 g/sm3 zichlikka ega bо‘lgan moysimon suyuqlikka aylanishga moyilligi orqali izoxlanadi.
Ozgina miqdordagi suvning ishtiroki kislota suyuqlanish xaroratining pasayishiga olib keladi va uning kristallanishi sekinlashadi. Kristallanish jarayoni 29,32°S da suyuqlanadigan yarimgidratli fosfat kislota N3R04*0,5N2O xosil bо‘lishida tezlashadi.
Fosfat kislota xar qanday konsentratsiyadagi suvli eritmalarni xosil kiladi. 0,5°S xaroratda suvda 78,7% N3R04 eriydi, 29,3°S xaroratda esa tarkibida 91,6% N3R04 bо‘lgan N3R04*0,5N3O inkongurent suyuqlanadi.
Tabiiy fosfatlarni sulfat kislotali parchalashningumumiy fizik-kimyoviy asoslari
Tabiiy kalsiy fosfatlarning kislotalar bilan parchalanishidan fosfor kislotasi va kalsiyning tegishli tuzlari xosil bо‘ladi. Kalsiyli tuzlari suvda yaxshi eriydigan kislotalar (masalan, nitrat yoki xlorid kislota) ishlatilganda olingan eritmalarni о‘g‘itga aylantirish, о‘simliklar tomonidan uzlashmaydigan yoki kiyin uzlashadigan fosfatli birikmalarga aylanishiga olib keladigan kimyoviy uzgarishlarni oldini olish uchun kalsiyning bir qismini ajratib olish yoki bog‘lash orqali amalga oshiriladi.
Bundan farqli ularok, fosfatlarni sulfat kislotali parchalashda ajraladigan suvda kam eruvchi kalsiy sulfat qattiq fazaga о‘tadi; о‘g‘it tarkibida ballast (keraksiz kо‘shimcha) sifatida katnashishi yoki eritmadan ajratib olinishi mumkin.
Birinchi xolatda oddiy superfosfat, ikkinchisida esa ekstraksion fosfat kislota olinadi.
Tabiiy fosfatlarni sulfat kislota bilan ishlov berilganda, ftorapatit:
fosfat kislota olishda:

Sa5(RO4)zF + 5N2SO4 + 5nN2O == ZNzRO4 + 5SaSO4·nN2O + NF

superfosfat olishda:
2Sa5(R04)3F + 7N2S04 + ZN20 = ZSa(N2R04)2·N20 + 7SaS04 + 2NF
reaksiya tenglamalari bо‘yicha parchalanadi.
Shu bilan bir vaktda fosfatli xom ashyo tarkibidagi boshqa minerallar: kalsit, dolomit, temir- va alyumosilikatlar xam parchalanadi. Masalan:

SaMg(SO3)2 + 2N2SO4 + (n-2)N2O = SaSO4·nN2O + MgSO4 + 2SO2

K2O·Na2O·A1203·2SiO2 + 5N2SO4 = Na2SO4 + K2SO4 +Al2(SO4)3 + 2SO2 + 5H2O

Kremniy dioksid NF bilan ta’sirlashib, SiF 4 xosil kiladi:

SiO2 + 4NF = SF4 + 2N2O
SiF4 ning bir qismi gazli fazaga о‘tadi, kolgan qismi esa eritmada koladigan geksaftorsilikat kislotaga aylanadi:
SiF4 + 2NF = N2 SiF6
Tarkibida kislotada eruvchan kо‘p mikdordagi magniy, alyuminiy, temir birikmalari bо‘lgan tabiiy fosfatlar sulfat kislotali ishlov berish uchun yaroksizdir. Ayniksa temir tutgan kо‘shimchali minerallar yaroksiz xisoblanadi.
Hosil bо‘ladigan temir fosfatlari barkaror tuyingan eritmalarga aylanib, ulardan asosan Fer04·2N2O shaklida kristallanish sekin kechadi. Buning okibatida fosfat kislota olishda kalsiy sulfat chukmasi bilan birgalikda erimaydigan temir fosfati shaklida R2O5d ning bir qismi yukotilishi xisobiga uning unumi kamayadi;
superfosfat olishda esa maxsulotdagi suvda eriydigan R2O5.-, ning mikdori kamayadi, chunki uning ma’lum ulushi о‘simliklarga kiyin uzlashadigan, sitratli eritmada qisman eriydigan Fer04·2N2O shakliga о‘tadi. Eritmadan kiyin eriydigan shaklga о‘tish R2O5, ning retrogradakiyasi deyiladi. Shu boisdan sulfat kislotali parchalashda tarkibida kо‘p mikdorda temir tutgan fosforitlar ishlatilmaydi.
Rudalarni oldindan oksidlovchilik atmosferasida 850-1150°S xaroratda kizdirish Fe(II) birikmalari — gyotet Feo(ON), gidrogyotet Feo(ON) ·nN20 larning kislotalarda kiyin eriydigan gematit Fe2O3, magnetit Fefe204 va boshqa birikmalarga aylanishiga olib keladi. Lekin, xattoki uzok vakt kizdirish xam bu kо‘shimchalarning tayyor maxsulot sifatiga va ishlab chiqarishning texnologii kursatkichlariga salbiy ta’sirini tuda bartaraf eta olmaydi. Shuning uchun sulfat kislotali parchalash jarayonida, odatda, tarkibidagi Fe2O3:P2O5 ogirlik nisbati 0,08 dan katta bulmagan ruda va konsentratlar kullaniladi; bunda R2O5, retrogradatsiyasi sezilarsiz darajada bо‘ladi.
-Fosfatli rudalardagi karbonatlar — kalsit, dolomit kо‘shimchalari ularning parchalanishi uchun kо‘shimcha mikdordagi sulfat kislota sarflanishiga, SO2 ajralishi xisobiga reaksion jixozlarda kо‘p mikdordagi kulik xosil bо‘lishiga, buning natijasida esa ular ish unumining pasayishiga olib keladi. Kalsit va dolomitning parchalanishi natijasida superfosfatdagi usiz xam unchalik katta bulmagan P2O5) konsentratsiyasini kamaytiruvchi yoki fosfat kislota olishdagi tashlandik gips mikdorining oshiruvchi kо‘shimcha mikdordagi kalsiy sulfat xosil bо‘ladi.
Rudani kuydirish natijasida karbonatlar parchalanadi va SO2 yukotiladi. Shuning uchun kuydirilgan ruda ishlatilganda kо‘piklanishning oldi olinadi. Kо‘piklanishni birdaniga kamaytirishning boshqacha usuli, bu reaktorga uzatiluvchi rudalarni tashish moslamalari (shnek yoki lentali transportyor) da uncha kо‘p mikdorda bulmagan sulfat yoki fosfat kislotalar bilan namlash xisoblanadi. Bunda karbonatlarning asosiy qismi parchalanib bо‘ladi.
Rudalarni kislotali parchalanishida uning tarkibidagi magniy birikmalari xom ashyoni yuqori parchalanish darajasiga erishishda tuskinlik kiluvchi va olinadigan maxsulot sifatini yomonlashtiruvchi suvda eruvchan magniy sulfat va fosfatlariga aylanadi. Shuning uchun tarkibida kо‘p mikdorda magniy tutgan xom ashyodan uni kimyoviy boyitish orqali yuqotish lozimdir.
Tabiiy fosfatlarni sulfat kislotali parchalash jarayonining texnologik parametrlarini tanlash uchun SaSO4 — N3RO4 — N2O sistemasining xossasi asos xisoblanadi. Bunda kalsiy sulfat uch xil: bitta suvsiz (angidrit Sa5O4) va ikkita kristallogidrat [yarimgidrat (polugidrat) yoki bassanit SaSO4·0,5N2O va digidrat yoki gips SaSO4·2N2O] shaklida mavjud bо‘lishi mumkin. Kursatilgan shakllar kristallanishining xaroratli va konsentratsiyali soxalari — (fosfat kislotadagi ularning eruvchanlik nisbatlari yoki eritma ustadagi suv bug‘i bosimi va gipsninig yarimgidratga yoki angidritga va yarimgidratning angidritga aylanishdagi qaytar reaksiyalar dissotsiatsiya bosimining nisbati orqali aniklanadi