O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi namangan muhandislik-texnologiya instituti «Kimyo-texnologiya»

1.2. Monoammoniyfosfat va diammoniyfosfat ishlab chiqarish.

Termik fosfat kislotadan olinadigan ammoniy fosfatlari yuqori tozalikka ega va asosan, oziq-ovqat, farmasevtika sanoatlarida va boshqa maqsadlar uchun ishlatiladi. Termik kislotada 77% dan ortiq H₃PO₄ bo’lmaydi. Boshlang’ich kislotaga kristallantirish bosqichida qoladigan eritma aralashtiriladi va uni NH₃:H₃PO₄ molyar nisbati ~1 ga teng bo’lguncha neytrallanadi, hosil bo’lgan monoammoniyfosfat suspenziyasi qo’shimcha kristallanishi uchun sovutiladi; so’ngra kristallar filtrlanadi, quritiladi, eritma esa reaktorga qaytariladi.

Kristalli diammoniyfosfat olish ikki bosqichda o’tkaziladi, chunki barcha ammiakni birdaniga berilishi hisobiga massa kuchli darajada qiziydi va juda quyuq suspenziya hosil bo’ladi, bu esa ammiakning yo’qotilishiga olib keladi. Termik kislota (47-48% P₂O₅) NH₃:H₃PO₄  0,7 nisbatgacha neytrallanadi, suspenziya kristallanish siklidan qaytgan eritma bilan aralashtiriladi va vakuum kristallizatorga yuboriladi, u yerda yetarli darajagacha ammoniylanadi. Sovutilgan suspenziya quyultiriladi, sentrifugada diammoniyfosfat kristallari ajratiladi va to’g’ri oqimli barabanli quritgichda quritiladi.

Jarayonni bitta bosqichda ham amalga oshirilishi mumkin. Bunda 75-85% li termik fosfat kislota va ammiak gazi ichida kristallanish siklidan qaytarilgan eritma bo’lgan saturatorga muntazam berib turiladi. Reaksion massa orqali havo purkalishi natijasida suvning bug’lanishi hisobiga haroratni 60-70°C da ushlab turiladi. Saturatorda hosil bo’ladigan diammoniy kristallari sentrifugaga suspenziya tarzida chiqariladi, unda ajratiladigan eritma saturatorga qaytariladi. Bu jarayonning va saturatorning sxemasi xuddi ammoniy sulfat olishdagi kabi bo’ladi.

Ekstraksion fosfat kislotani neytrallashda cho’kmaga ajraladigan qo’shimchalar tayyor mahsulot tarkibida qoladi, uni ifloslantiradi va asosiy komponentlar miqdorini kamaytiradi. Ekstraksion fosfat kislotadan nisbatan toza mahsulot olish uchun neytrallanish jarayonini ikki bosqichda o’tkazish mumkin.

Birinchi bosqichda bug’latilmagan kislota pH  44,5 gacha neytrallanadi, bunda qo’shimchalarning ko’p qismi cho’kmaga ajraladi, so’ngra ularni asosiy eritmadan ajratiladi. Filtrlangan cho’kma 5-6% namlikkacha quritiladi va u antipiren sifatida ishlatilishi mumkin. Cho’kma tarkibida 5% NH₃ va 30-35% o’zlashadigan shakldagi P₂O₅ bo’ladi. Agar ekstraksion fosfat kislotada magniy ionlari (masalan, uni Qoratog’ yoki Qizilqum fosforitidan olingan) bo’lsa, unda birinchi bosqich neytrallanishdan magniyammoniyfosfat NH₄MgPO₄ cho’kmaga tushadi, uni ajratib olish va quritish natijasida azotning sitratli eruvchan shakldagi azotli-magniyli o’g’iti sifatida iste’molga chiqarilishi mumkin.

Tarkibida, asosan, monoammoniyfosfat bo’lgan eritma vakuum ostida 34-36% P₂O₅ bo’lguncha bug’latiladi. Tozalangan va qisman neytrallangan eritmani bug’latish, oldindan fosfat kislotani bug’latilishiga nisbatan anchagina sodda va korroziyalanish kam bo’ladi. Chunki fosfat kislota bug’latilganda bug’latish jihozlarining qizdirish elementlariga quyqa o’tirib qoladi, kuchli kislotali muhitda va yuqori haroratda korroziyalanish tezlashadi. Bug’latilgan tozalangan eritma 18-20°C gacha sovutilib, monoammoniyfosfat olinadi. Cho’kmaga tushgan kristallar sentrifugada ajratiladi va quritiladi. Eritma esa bug’latish sikliga qaytariladi.

Diammoniyfosfat olish uchun bug’latilgan monoammoniyfosfat eritmasi ikkinchi bosqichda pH  8 gacha qo’shimcha ammiak bilan to’yintiriladi. Ammiak yo’qotilishining oldini olish uchun to’yintirish 80^OC dan past haroratda o’tkaziladi. So’ngra diammoniyfosfat eritmasi kristallantirishga yuboriladi, sentrifugalanadi va ajratilgan diammoniyfosfat quritiladi. Diammoniyfosfatdan ammiakni yo’qotilishini va monoammoniyfosfatga aylanishini oldini olish uchun uni 60^OC da quritiladi. Monoammoniyfosfatning quritilishi esa 100-110^OC gacha o’tkazilishi mumkin. Sxemasi 3–rasmda tasvirlangan qurilmada termik fosfat kislotadan ham, Ekstraksion fosfat kislotadan ham mono- yoki diammoniyfosfat ishlab chiqarilishi mumkin.

3 – rasm. Ammoniy ortofosfatlari ishlab chiqarish uchun qurilma sxemasi: 1 – birinchi bosqich saturatori; 2 - quyultirgich; 3,9 – sentrifuga; 4 – issiq suv uchun bak; 5 – birinchi bosqich cho’kmasi uchun barabanli quritgich; 6 – ammoniy fosfat eritmasining yig’gichi; 7 – ikkinchi bosqich bug’latish tizimi; 8 – mono- yoki diammoniyfosfat uchun kristallizator; 10 – ikkinchi bosqich saturatori; 11 – kristallanish siklidan qolgan eritma yig’gichi; 12 – mono- yoki diammoniyfosfat uchun quritgich.

Ekstraksion fosfat kislota olishning fizik-kimyoviy asoslari. Tabiiy fosfatlarning sulfat kislotali parchalanishi bo’yicha boradigan reaksiyaga:

Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ + 5nH₂O = 5CaSO₄*nH₂O + 3H₃PO₄ + HF

va keyingi bosqichda suyuq fazadan sulfatli cho’kmani ajratib olishga asoslangan usul – ekstraktsiyali yoki ho’l usul deyiladi. Bunda olingan mahsulot ekstraksion fosfat kislota (EFK) deb yuritiladi. Bu keng tarqalgan fosfat kislota olish usuli mineral o’g’itlar, ozuqali va termik fosfatlar ishlab chiqarishda ishlatiladi.

Sulfat kislotali ekstraktsiyalash jarayonini amalga oshirishning asosiy sharti fosfat kislatadan kalsiy sulfatning yetarli darajada yirik bo’lgan, oson ajraladigan va yaxshi yuviladigan kristallarini ajratib olishdan iboratdir. Bunga jarayonning ayrim bosqichlari uchun jihozlarni oqilona tanlash va ekstraktsiyalashda belgilangan texnologik tartibni, ya’ni talab etiladigan (gips, yarimgidrat yoki angidrid) shakldagi kalsiy sulfatning cho’ktirilishini va belgilangan konsentratsiyadagi mahsulot sifatidagi fosfat kislota olishni ta’minlovchi konsentratsiyali, xaroratli va boshqa parametrlarni ushlab turish orqali erishiladi.

Ekstraktsiyalash jarayonida kalsiy sulfatning fosfat kislotadagi harakatchan 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 quyuq suspenziya hosil bo’ladi. Uning harakatchanligini ta’minlash uchun, «aylanma» kislota deb ataluvchi – mahsulot sifatidagi fosfat kislotaning bir qismi bilan fosfat kislotadan ajratib olingan fosfatli cho’kma (fosfogips) ni suvda yuvishda hosil bo’ladigan eritmaning aralashmasini resirkulyatsiyasi hisobiga suyuq va qattiq fazalarning massa nisbati (S:Q) 2:1 dan 3,5:1 oralig’ida ushlab turiladi.

Resirkulyatsiya bilan bog’liq holda fosfatli xom ashyodan o’tadigan qo’shimchalarning eritmalarda to’planishi ekstraksiya jarayoni uchun o’ziga xosdir. Qo’shimchalar konsentratsiyasi xom ashyo tarkibidan ham, suyuq, gaz va qattiq fazalar orasida taqsimlanadigan tegishli komponentlar tarkibidan ham aniqlanadi. Ishlab chiqarish eritmalarida ishqoriy metall kationlari, magniy, alyuminiy, temir kationlar va SO₄^2-, F^-, SiF₆^2- anionlar qo’shimchalarining mavjud bo’lishi sulfatli cho’kma va mahsulot kislotasining xossasini yetarli darajada o’zgartiradi.

Ekstraktsiyalash jarayonining xaroratli va konsentratsiyali parametrlarini tanlash uchun kalsiy sulfat turli modifikatsiyalarining mavjud bo’lish chegaralari va ularning fosfat kislotali eritmalarda bir-biriga aylanish tezligi haqidagi ma’lumotlar asos bo’ladi; bu ma’lumotlar toza eritmalar uchun yuqorida ko’rsatib o’tilgan edi. Ammo Ekstraksion fosfat kislotaning real eritmalarida gips, kalsiy sulfat yarimgidrati va angidriti kristallanish sohalarining aniq chegaralari va ayniqsa sodir bo’ladigan fazali bir-biriga aylanish tezliklari yetarli darajada o’zgaradi. Masalan, tarkibida 10-25% P₂O₅ bo’lgan fosfat kislotaning toza eritmalarida, 80^OC da yarimgidratning katta qismi sistemaning birinchi kristallanuvchi fazasi hisoblanadi va 1,5-2 soat mobaynida gipsga aylanadi. Temir fosfatlari, kremnezem kabi qo’shimchalar bu jarayonni sezilarli darajada kuchaytiradi. Hosil bo’lgan gips tarkibida 10% dan kam P₂O₅ tutgan eritmalarda bir necha oy va 25% dan kam P₂O₅ tutgan eritmalarda bir necha kun mobaynida metastabil (stabil faza – angidrit) shaklda mavjud bo’la oladi. Ekstraktsiyalash sharoitiga mos holda, suyuq faza suspeziyasi tarkibida 25-30% P₂O₅, xarorat 70-80^OC 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, ekstraktsiyalashda ajratiladigan kalsiy sulfatning gidratatsiya darajasi stabil shakllarga mos kelmasligi mumkin va u jarayonni o’tkazilish aniq sharoitiga bog’liqdir. 4 – rasmda tasvirlangan diagrammada kalsiy sulfatni amaliy gidratatsiya darajasining ekstraktsiya usuli (rejimi) – fosfat kislotaning konsentratsiyasi va xaroratiga bog’liqligi ko’rsatilgan. Egri chiziq 2 dan pastki sohada kalsiy sulfat gips shaklida, egri chiziq 1 dan yuqorida angidrit shaklida, ular orasidagi sohada esa yarimgidrat shaklida ajraladi.

Shunga mos holda fosfat kislotani ekstraktsiyalashning uchta: digidratli, yarimgidratli va angidritli usullari bir-biridan farqlanadi. Digidratli usul keng tarqalgan bo’lib, uni 65-80^OC xaroratda o’tkaziladi va tarkibida 30-32% gacha P₂O₅ bo’lgan kislota olinadi. 90-105^OC haroratda amalga oshiriladigan yarimgidratli usulda 50% gacha P₂O₅ tutgan kislota ishlab chiqarish imkoniyatini beradi. Ekstraktsiyalashning kombinatsiyalashgan yarimgidrat-digidratli usullari yanada kengroq tarqalmoqda, unda dastlab yarimgidrat hosil qilinadi, so’ngra, suspenziyani suyultirish va sovutish orqali uni gipsga qayta kristallantiriladi. Bunday usullar xom ashyodan unumli foydalangan holda yuqori konsentratsiyali (50% gacha P₂O₅) kislota olish imkoniyatini yaratadi. Angidridli rejim yuqori xaroratda jihozlarning korroziyalanish xavfi katta bo’lganligi va kalsiy sulfatning mayda kristallaridan fosfat kislota va yuvuvchi eritmaning o’tishi qiyinligi tufayli filtrlanishning yomonlashishi sababli hozircha qo’llanilmaydi. Bu qiyinchiliklarni bartaraf etish bo’yicha izlanishlar o’tkazilmoqda.

4 – rasm. Harorat va eritmadagi P2O5 miqdorining ajratiladigan kalsiy sulfat cho’kmasining amaliy gidratlanishiga ta’siri.