Узбекский научно-исследовательский и проектный

3 Теоретические основы производства

Реакция разложения фосфоритов серной кислотой осуществляется в виде непрерывного процесса, который может быть представлен двумя последовательными стадиями.

Сначала фосфатное сырье разлагается фосфорной кислотой:

Са₅F(РО₄)₃ + 7Н₃РО₄ = 5 Са(Н₂РО₄)₂ + HF

Образовавшийся монокальцийфосфат взаимодействует с серной кислотой:

Са(Н₂РО₄)₂ + 5Н₂SО₄ = 10Н₃РО₄ + 5СаSО₄

Суммарно реакция выражается уравнением:

Ca₅F(РО₄)₃ + 5Н₂SО₄ + nН₃РО₄ + aq 5СаSО₄2Н₂О + (n + 3) Н₃РО₄ + HF + aq

Фосфориты – породы осадочного происхождения и содержат помимо фосфата кальция: доломит, кварцит, глаукомит, алюмосиликаты и др. Разложение фосфоритов имеет свои особенности. Примеси разлагаются кислотами и выделяют в раствор ионы Na⁺, Al⁺, Fe⁺, Са⁺. Примеси Na⁺ и К⁺ образуют малорастворимые фтористые соли, в результате чего повышается интенсивность инкрустации оборудования.

При разложении смесью кислот доломита в раствор переходят сульфат магния и мономагнийфосфат:

2MgCa(CO₃)₂ + 3Н₂SO₄ + 2H₃PO₄ + aq = 2CaSO₄  рН₂O + Mg SO₄ + Mg(Н₂РО₄)₂ + 4CO₂ + aq

Кислоторастворимые силикаты в результате взаимодействия с кислотами выделяют кремневую кислоту, которая реагирует с фтористым водородом, образуя SiF₄:

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O

Часть SiF₄ удаляется в газообразном виде, другая же превращается в кремнефтористоводородную кислоту:

SiF₄ + 2HF = 2H₂SiF₆ остающуюся в растворе.

Количество выделяющегося газообразного SiF₄ зависит от температуры процесса и концентрации серной и фосфорной кислот: с их увеличением возрастает парциальное давление пара SiF₄ над растворами H₂SiF₆ в смеси кислот и степень выделения фтора в газообразную фазу.

Реакции идут по схеме:

2 H₂SiF₆ + SiО₂ + nH₃PO₄ + aq = SiF₄+ nH₃PO₄ + Н₂О + aq

H₂SiF₆ + nH₃PO₄ + aq = SiF₄ + 2HF + nH₃PO₄ + aq

Существенное влияние на процесс разложения оказывают минералы, содержащие железо, алюминий, магний и, в особенности, окислы железа. Образующиеся фосфаты железа, вследствие малой растворимости в фосфорной кислоте выпадают в осадок, понижая извлечение Р₂О₅.
Образующиеся сульфат и фосфат магния загрязняют раствор фосфорной кислоты и в значительной степени нейтрализуют ее. Кроме того, магний ухудшает структуру выпадающего дигидрата сульфата кальция, кристаллы становятся более мелкими.
Твердая фаза, образующаяся в результате разложения фосфорита серной кислотой, так называемый фосфогипс, состоит в основном из кристаллов двухводного сульфата кальция и небольшого количества неразложенного фосфорита.