Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
Получение сульфата аммония из гипса
По этому способу, в основе которого лежит реакция CaS04 + (NH4)2 СОз = (NH4)2 S04 + CaC03
Сульфат аммония может быть получен без применения серной кислоты. В качестве исходного сырья используют природный гипс 180-185 и ангидрит186; может быть использован и фосфогипс — отход производства фосфорной кислоты сернокислотной экстракцией 187-i89) также может быть использован гипс, осажденный из морской воды 71. Этот способ широко применяется для промышленного производства сульфата аммония в Индии и некоторых других странахб-13'64'65' 72~74. Качество гипса оказывает большое влияние на технологический процесс и на качество готового продукта. Присутствие глинистых веществ, соединений железа, алюминия и других примесей затрудняет фильтрацию и промывку шлама (СаСОз) 66>68,70. Гипс, используемый для производства сульфата аммония, должен содержать не менее 97—97,5% CaS04 (в расчете на безводное вещество).
Из гипса сульфат аммония может производиться двумя методами: жидкостным и газовым. При жидкостном методе пульпу тон - коизмельченного гипса в воде обрабатывают 25—33% раствором карбоната аммония; при газовом методе обработку пульпы гипса производят газообразным аммиаком и двуокисью углерода.
Газовый метод проще жидкостного (не требуется предварительное приготовление карбоната аммония), но имеет недостатки, которые заставили отказаться от него и перейти на жидкостный метод. Недостатками газового метода являются: периодичность процесса и большой расход двуокиси углерода. При газовом методе образуются мелкие игольчатые кристаллы СаС03, которые значительно хуже фильтруют и промываются, чем крупные пластинчатые кристаллы, образующиеся при жидкостном методе. Время, необходимое для проведения реакции при газовом методе, требуется значительно большее, чем при жидкостном 190. Существенным недостатком газового метода является также то, что для отвода реакционного тепла необходимо устанавливать холодильники для охлаждения пульпы в реакторах и требуется сернокислотная промывка отходящих газов из реакторов. При жидкостном методе отвод реакционного тепла осуществляют циркуляцией через холодильники чистого раствора карбоната аммония, и необходимости в сернокислотной промывке газов нет.
Предложен также метод получения сульфата аммония путем смешения в твердом виде 150 вес. ч. (NH4)2C03 и 150 вес. ч. CaS04 с добавлением 40 вес. ч. воды. Вся эта масса хорошо перемешивается и для прохождения реакции выдерживается в течение 4—: 5 суток при обыкновенной температуре. Затем производится классификация готового продукта67.
На рис. 368 показана схема производства сульфата аммония из гипса жидкостным методом. Измельченный гипс (30% остатка на сите 10 000 оТв/см2) пневмотранспортом подают в мешалку 2, где он смешивается с 25—33% раствором карбоната аммония, предварительно нагретым в подогревателе 1 до 50—55°. Вначале с распором смешивают около половины требуемого количества гипса и Смесь направляют в первый реактор 4. Из реактора пульпу через напорный бак 5 возвращают в мешалку 2, куда вводят остальное количество гипса и смесь перекачивают во второй реактор 7. При таком способе введения гипсовой муки в раствор образуются крупные, легко фильтрующие и промывающиеся кристаллы СаСОз.
Время, необходимое для (ЫН^гСОз, составляет 6—8 ч.
Полного взаимодействия CaS04 и Температура в реакторе 50—60°. Пульпу из реактора, состоящую из раствора сульфата аммония и осадка СаСОз, насосом перекачивают на фильтрпресс 9.
Для получения крупных кристаллов СаС03 предложено использовать реактор, имеющий форму колонны, с коническим днищем, заполненный раствором (ЫН4)2С0з. Внутри колонны, в нижней ее части смонтирован водяной змеевиковый холодильник, предназначенный для отвода реакционного тепла. Газообразные NH3 и С02 подаются в низ колонны. Пульпа гипса поступает в середину колонны. Температура в колонне поддерживается 40—50°. Крупные кристаллы СаСОз отводятся из нижней части колонны на фильтрацию, а мелкие кристаллы удаляются из зоны реакции через перелив в отстойник. Кристаллы, полученные при такой системе кристаллизации, отфильтровываются в 2,6 раза быстрее, чем полученные в обычных реакторах67.
Раствор сульфата аммония (после отделения от него карбонатного шлама), содержащий 40—42% (NH4)2S04 И около 1,5% (NH4)2C03, направляется на выпаривание. Выпарку проводят в 2-корпусном выпарном аппарате 12 и 13 из хромоникелевомолибде новой стали марки Х18Н12М2Т Первый корпус (обогревается па ром 2—3 ат) работает под давле нием 1,2 ат температура раство ра 105—110°; концентрация выхо дящего раствора 48—50%. Во втором корпусе выпарка производится под вакуумом 600—700 мм
Рт. ст. Выпарку ведут до получения пульпы, содержащей 55—60% кристаллов и 40—45% насыщенного раствора (NH4)2S04.
Кристаллизацию сульфата аммония из растворов осуществляют также в 6—10-ступенчатых вакуум-кристаллизаторах при 40—45° и вакууме 700—720 мм рт. ст.
Из выпарного аппарата пульпу по желобу 16 направляют в центрифугу 17. Маточный раствор возвращают в цикл, а кристаллы направляют на сушку. Применяются центрифуги непрерывного или полунепрерывного действия, у которых все части, соприкасающиеся с сульфатом аммония, выполняются из нержавеющей стали. Сушку производят подогретым до 110—130° воздухом или дымовыми газами с температурой около 200°. Высушивают сульфат аммония от начальной влажности 2—2,5% до 0,1—0,3%.
Для получения 1 т (NH4)2S04, содержащего 20,5% азота (в пересчете на сухое вещество), расходуют: 1,13 т гипса (100% CaS04), 0,74 т карбоната аммония (100%), 1,4 т пара, 25 мъ воды, 65 кет - ч электроэнергии и 71,5 «г условного топлива. В качестве побочного продукта на 1 т сульфата аммония получается 760 кг СаСОз (в пересчете на сухое вещество) в виде тонкого порошка, который может быть использован для приготовления известково - аммиачной селитры или преципитата, для известкования почвы или производства различных строительных материалов.