Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

Растворение фосфата в фосфорной кислоте (без кристаллизации твердой фазы)

Скорость разложения фосфата фосфорной кислотой с образова­нием гомогенного раствора определяется законами диффузионных процессов: она пропорциональна концентрации ионов водорода, реагирующей поверхности, интенсивности перемешивания и т. д.

По мере нейтрализации свободной кислоты и ионов кальция вплоть до образования насыщенного раствора скорость процесса уменьшается. Однако вследствие значительного избытка кислоты по отношению к реагирующему фосфату и абсолютно малой сте­пени нейтрализации кислоты (табл. 76) скорость разложения фос­фата в этих условиях достаточно велика даже при использовании кислоты с относительно небольшой концентрацией. На рис. 242 показана зависимость времени от степени разложения крупнозер­нистого отобранного апатитового концентрата фосфорной кислотой концентрации 20% Р2О5 при отношении Т:Ж=1:20. Как видно, процесс вначале идет весьма быстро, а затем замедляется. В на­чальной стадии повышение температуры увеличивает скорость раз­ложения и общую степень разложения. При 80° апатитовый кон­центрат полностью переходит в раствор за ~3 ч.

Температурный коэффициент скорости растворения апатита до достижения насыщения в относительно разбавленных растворах фосфорной кислоты находится в пределах от 1,3 до 1,5, а в раство­рах42 содержащих 51,5—53,5% Р205 —от 1,68 до 1,73.

Скорость разложения фосфорита Каратау в большом объеме фосфорной кислоты (200 мл кислоты на 10 г фосфорита) значи­тельно больше43, чем апатита и также увеличивается с повыше­нием температуры. При 60° уже через 30 мин степень разложения фосфорита кислотой концентрации 29% Р205 (40% Н3Р04) состав­ляет 99,86%, тогда как при 20° она достигает 98,32% лишь за 1,5 ч. Температурные коэффициенты скорости разложения фосфорита в диапазоне концентрации кислоты от 7,2 до 22,0% Р205 изменяются соответственно от 1,28 до 1,34.

Предварительная нейтрализация фосфорной кислоты соедине­ниями магния приводит к резкому уменьшению скорости разложе­ния фосфата36. В растворе фосфорной кислоты, нейтрализованной карбонатом магния на 30 и 50%, скорость разложения апатита при 40° и Т:Ж=1 :30 уменьшается в 3 и 14 раз36 по сравнению с не - нейтрализэванной кислотой.

При определенных условиях растворения апатита в большом объеме кислоты, когда состав жидкой фазы мало изменяется вслед­ствие незначительной степени разложения (например, при отсут­ствии перемешивания твердой фазы) можно пренебречь концен­трацией образующихся продуктов (соединений кальция) в рас -

Творе. В этом случае скорость растворения фосфата пропорцио­нальна растворимости окиси кальция в фосфорной кислоте и кри­вая изменения скорости растворения от концентрации кислоты (изо - хрона растворения) соответствует диаграмме растворимости34'35,38 системы СаО—Р205—Н20 (рис. 273).

Как видно, скорость разложения апатита в этих условиях 34,36, отвечающих также начальному моменту растворения (когда "В
растворе еще нет продукта реакции), значительно уменьшается по мере нейтрализации первого иона водорода фосфорной кислоты (рис. 273). Это замедляет достижение равновесных коэффициентов разложения апатита.

Несмотря на большой избыток жидкой фазы (Т:Ж=1 : 30), сте­пень разложения апатита в указанных условиях в растворах, рав­новесных с дикальцийфосфатом, не превышает за 5—6 ч 0,5—0,7% при 40—75° и 2—3% при 100°. В растворах, равновесных с моно - кальцийфосфатом, максимальные значения степени разложения апатита за 5—6 ч достигают 20—30% при 45—60°.

40

Концентрация кислоты, % PzO»

Рис. 274. Часовые изотер­мы-изохроны разложения апатита ненасыщенными растворами фосфорной кислоты при разных темпе­ратурах:

/-40°; 2-50,7°; 3-80®.

На рис. 274 показаны44 изохроны-изотермы разложения апа­тита в условиях интенсивного перемешивания (1000 о б/мин) рас­творами фосфорной кислоты разных концентраций при весовом отношении кислоты к апатиту (табл. 76), превышающем на 15—• 25% теоретическое (равновесное) отношение, вычисленное при раз­ных температурах по диаграмме СаО—Р;0™ИгО. В этих усло­виях заведомо не достигается насыщение растворов. Из располо­жения кривых на рис. 274 видно, что степень растворения апатита за 1 ч возрастает при увеличении концентрации исходной кислоты лишь до определенного предела (до ~46% Р205). При повышении концентрации кислоты до 48 и 50% Р2О5 степень разложения резко уменьшается. Это объясняется, по-видимому, изменением активно­сти ионов водорода и вязкости растворов кислоты (рис. 275). В диапазоне концентраций фосфорной кислоты от 26 до 46% Р2О5

Активность ионов водорода возрастает в большей мере, чем вяз­кость и скорость разложения увеличивается. При содержании в растворе 48—50% Р2О5 и больше скорость разложения умень­шается вследствие того, что торможение процесса в результате рез­кого возрастания вязкости раствора превалирует над ускорением его под влиянием незначительного увеличения активности ионов водорода.