Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ
Производство термической фосфорной кислоты возможно двумя методами: одно - и двухступенчатым24'151-159.
При одноступенчатом или непрерывном методе печные газы, содержащие элементарный фосфор и окись углерода, поступают в камеры сгорания, где фосфор окисляется до фосфорного ангидрида кислородом воздуха, газы охлаждаются, гидратируются и пропускаются через электрофильтры для улавливания фосфорной кислоты. По двухступенчатому методу фосфор сначала конденсируется, а затем сжигается и Р2О5 гидратируется до фосфорной кислоты.
Несмотря на кажущиеся преимущества одноступенчатого непрерывного метода, наиболее широко распространен двухступенчатый способ, так как последним получается более чистая фосфорная кислота. Кроме того, в этом случае возможно при необходимости выпускать в качестве продукта также желтый, фосфор и эффективно использовать окись углерода, являющуюся побочным продуктом. Затраты на оборудование ниже, чем при одноступенчатом способе24, так как в последнем улавливание фосфорной кислоты из образующихся больших объемов газа требует громоздкой аппаратуры. Расход электроэнергии, воды и воздуха при одноступенчатом методе также значительно больше.
Первоначальной стадией процесса получения фосфорной кислоты является окисление фосфора:
Р4 + 5О2 = Р4О10
По одноступенчатому способу окисляется не только фосфор, но и окись углерода:
Р4 + ЮСО + Ю02 = Р4О10 + ЮС02
При этом выделяется большое количество тепла, которое практически не может быть использовано из-за коррозионного действия фосфорного ангидрида, содержащегося в продуктах горения. Требуется охлаждение газов в камере горения, предупреждающее быстрый износ аппаратуры и обеспечивающее полное поглощение фосфорного ангидрида.
Вследствие высокой температуры газа (800—1000°) при взаимодействии фосфорного ангидрида с водой первоначально образуется метафосфорная кислота НР03 (в парообразном состоянии):
Р4О10+2Н2О = 4НРОз
Последняя при гидратации превращается в туманообразную ортофосфорную кислоту (через ряд промежуточных соединений):
НР03 + Н20 = Н3Р04
Во избежание образования низших окислов фосфора, переходящих при гидратации в фосфористую и фосфорноватистую кислоты, сжигание фосфора производится в двухкратном избытке воздуха.
С целью использования окиси углерода, содержащейся в газах возгонки, исследована возможность избирательного окисления фосфора 105>167. Установлено, что при поддержании в окислительной камере 450—540° и подаче 120—130% воздуха от теоретического количества, необходимого для окисления фосфора, можно окислить практически весь фосфор до Р2О5, а окись углерода окисляется только на 5—7%. Эти исследования направлены к эффективному применению одноступенчатого способа получения фосфорной кислоты, хотя при этом она получается менее чистой.
Представляет интерес прямое получение пятиокиси фосфора путем окисления фосфора воздухом в процессе восстановления фосфора в смеси с углем и кварцем в пламенной печи 170 при температуре 1200—1600°, развиваемой за счет сгорания образующихся фосфора и окиси углерода. Другой возможный путь — возгонка P2Os из смеси фосфата и Si02. Равновесное давление Р4О10 над смесью Са3(Р04)2 и Si02 при 1700° К равно 7,7- 10-7ат. Из смеси, содержащей 3Моль Si02 на 1 моль Са3(Р04)2 при 1650° и давлении